The regulating effect of boron doping and its concentration on the photocatalytic overall water splitting of a polarized g-C3N5 material

文献情報

出版日 2023-02-21
DOI 10.1039/D2CP05247D
インパクトファクター 3.676
著者

Xianghong Niu, Xuemei Zhang, Anqi Shi, Dazhong Sun, Dingbang Chen, Lu Zhang, Jialin Huang, Liqing Liu, Bing Wang, Xiuyun Zhang


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要旨

Photocatalytic overall water splitting with two-dimensional materials is a promising strategy to solve the problems of environmental pollution and energy shortage. However, conventional photocatalysts are often limited to a narrow visible photo-absorption range, low catalytic activity, and poor charge separation. Herein, given the intrinsic polarization facilitating the improvement of photogenerated carrier separation, we adopt a polarized g-C3N5 material combining the doping strategy to alleviate the abovementioned problems. Boron (B), as a Lewis acid, has a great chance to improve the capture and catalytic activity of water. By doping B into g-C3N5, the overpotential for the complicated four-electron process of the oxygen reduction reaction is only 0.50 V. Simultaneously, the B doping-induced impurity state effectively reduces the band gap and broadens the photo-absorption range. Moreover, with the increase of B doping concentration, the photo-absorption range and catalytic activity can be gradually improved. Whereas when the concentration exceeds 33.3%, the reduction potential of the conduction band edge will not meet the demand for hydrogen evolution. Therefore, excessive doping is not recommended in experiments. Our work affords not only a promising photocatalyst but also a practical design scheme by combining polarizing materials and the doping strategy for overall water splitting.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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