Interface Engineering of a 2D-C3N4/NiFe-LDH Heterostructure for Highly Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution

光催化 材料科学 异质结 氢氧化物 分解水 化学工程 吸收(声学) 载流子 可见光谱 纳米技术 催化作用 光化学 光电子学 复合材料 化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Jia Yan,Xiandi Zhang,Weiran Zheng,Lawrence Yoon Suk Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (21): 24723-24733 被引量:89
标识
DOI:10.1021/acsami.1c03240
摘要

Photocatalytic water splitting offers an economic and sustainable pathway for producing hydrogen as a zero-emission fuel, but it still suffers from low efficiencies limited by visible-light absorption capacity and charge separation kinetics. Herein, we report an interface-engineered 2D-C3N4/NiFe layered double hydroxide (CN/LDH) heterostructure that shows highly enhanced photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) rate with excellent long-term stability. The morphology and band gap structure of NiFe-LDH are precisely regulated by employing NH4F as a structure-directing agent, which enables a fine interfacial tuning via coupling with 2D-C3N4. The formation of a type II interface in CN/LDH enlarges the active surface area and promotes the charge separation efficiency, leading to an HER rate of 3087 μmol g-1 h-1, which is 14 times higher than that of 2D-C3N4. This study highlights a rational interface engineering strategy for the formation of a heterostructure with a proper hole transport co-catalyst for designing effective water-splitting photocatalysts.
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