Construction of g-C3N4 with three coordinated nitrogen (N3C) vacancies for excellent photocatalytic activities of N2 fixation and H2O2 production

光催化 固氮 氮气 量子效率 密度泛函理论 带隙 化学 纳米技术 光化学 化学工程 材料科学 催化作用 光电子学 计算化学 工程类 有机化学
作者
Yanjun Xue,Chaoqun Ma,Qing‐Feng Yang,Xinyu Wang,Shanna An,Xiaoli Zhang,Jian Tian
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:457: 141146-141146 被引量:123
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.141146
摘要

Nitrogen defect engineering has been confirmed to be an effective strategy to improve photocatalytic performance, and nitrogen vacancies at different positions show different effects on photocatalytic performance. Here, we prepare g-C3N4 with three-coordinate nitrogen (N3C) vacancies (g-C3N4-N3C) by a simple in situ copyrolysis method. The introduction of N3C vacancies helps to narrow the band gap, enhance the light-harvesting efficiency, accelerate the separation and transfer of photogenerated carriers, and provide more active centers. Interestingly, g-C3N4-N3C exhibits photocatalytic performance for the production of NH3 and H2O2. The optimized g-C3N4-N3C-0.3 exhibits the best photocatalytic N2 fixation rate (1915 μmol h−1 g−1) and photocatalytic H2O2 production rate (1098 μmol h−1 g−1), with corresponding apparent quantum efficiency (AQE) of 7.79 % and 12.43 % at λ = 370 nm, respectively, which are superior to most known photocatalysts. Meanwhile, density functional theory (DFT) calculations indicate that g-C3N4-N3C makes the activation and further reduction of *N2 and *O2 more thermodynamically favorable than pure g-C3N4. This work deepens the understanding of the role of nitrogen defect engineering in enhancing the photocatalytic performance of g-C3N4, and provides a new way for the design and preparation of efficient and stable photocatalysts.
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