Achieving efficient incorporation of electron-withdrawing sites into carbon nitride nanosheets for boosting hydrogen generation

纳米片 材料科学 光催化 纳米技术 制氢 异质结 化学工程 制作 量子点 光电子学 化学 催化作用 有机化学 医学 替代医学 病理 工程类
作者
Li Zhou,Huazhang Guo,Zeming Wang,Liang Wang
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:213: 118249-118249 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2023.118249
摘要

There is an acute demand for the development of high-performance photocatalysts for large-scale green H2 production using solar energy. To address this challenge, a novel approach has been proposed for the fabrication of high-performance 0D/2D carbon quantum dot/C3N4 nanosheet heterojunction (CQD/CNN) photocatalytic materials using a tandem synthesis strategy of carboxylated CQD-induced hydrothermal-pyrolysis. The incorporation of CQD into the synthesis of CNN significantly reduces its thickness, making the CQD/CNN low to 2.5 nm, which is a noteworthy one thirty-sixth in height of bulk CNN. The carboxylated CQD play a crucial role in regulating the proportion of oxygen-containing surface functional groups of CQD/CNN. The CQD/CNN heterojunction shows exceptional H2 production rates and demonstrated the ability to convert O2 into H2O2. The H2 production rate of CQD/CNN is gained to be 54.50 mmol g−1 under continuous 3.5 h visible light irradiation, which is a remarkable seven-fold enhancement in performance over bulk CNN. Moreover, the CQD/CNN photocatalyst achieves a maximum H2O2 concentration of 0.763 mmol/L, which is sixteen times higher than that of pure CNN (0.0475 mmol/L). Through elucidating the relationships between morphological/structural modulation and photocatalytic capability, the CO/C–O ratio is found to have the greatest impact on performance, indicating that the electron-withdrawing sites of CQD/CNN can be augmented by incorporating carboxylated CQD, and the electron-withdrawing group can enhance electron conduction and make electron transfer easier to occur, thereby improving the performance of the heterojunctions. Our findings provide a comprehensive framework for achieving desirable photocatalytic properties of C3N4 materials through electron-withdrawing functional group regulation.
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