2D/2D Black Phosphorus/g-C3N4 S-Scheme Heterojunction Photocatalysts for CO2 Reduction Investigated using DFT Calculations

Xingang Fei Haiyan Tan Bei Cheng Bicheng Zhu Liuyang Zhang

Citation:  Fei Xingang, Tan Haiyan, Cheng Bei, Zhu Bicheng, Zhang Liuyang. 2D/2D Black Phosphorus/g-C3N4 S-Scheme Heterojunction Photocatalysts for CO2 Reduction Investigated using DFT Calculations[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(6): 2010027-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010027 shu

理论计算研究二维/二维BP/g-C3N4异质结的光催化CO2还原性能

    通讯作者: 谭海燕, Jftanhaiyan@sina.com
    朱必成, zhubicheng1991@whut.edu.cn
    张留洋, zly2017@whut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划 2018YFB1502001

    国家自然科学基金 51932007

    博士后创新人才支持计划 BX20180231

    国家自然科学基金 51872220

    国家自然科学基金 U1705251

    国家自然科学基金 21905219

    国家自然科学基金 21871217

    中国博士后科学基金 2020M672432

    国家重点研发计划(2018YFB1502001), 国家自然科学基金(51872220, 21905219, 51932007, U1905215, 21871217, U1705251), 博士后创新人才支持计划(BX20180231), 中国博士后科学基金(2020M672432)和湖北省博士后创新研究岗位项目资助

    国家自然科学基金 U1905215

摘要: 光催化二氧化碳还原成烃类化合物是解决能源短缺和环境污染的重要途径。而构建复合物光催化剂可以有效地解决单一光催化剂的缺点,并且提高二氧化碳还原活性。尽管对复合物光催化剂已经做了很多研究,然而对其活性增强的内在机制还缺乏理论认识。本文采用密度泛函理论计算方法研究了二维/二维BP/g-C3N4复合模型的电子性质和CO2还原反应过程。通过对能带位置和界面电子相互作用的综合分析发现,在BP/g-C3N4异质结中,光生载流子的迁移遵循S型异质结光催化机制。与单一的g-C3N4相比,这种异质结可以实现光生载流子的高效分离并且拥有良好的氧化还原能力。此外,通过对比研究CO2在g-C3N4和BP/g-C3N4还原反应过程发现,异质结使CO2还原反应的最大能垒从1.48 eV降低到1.22 eV。因此,BP/g-C3N4异质结在理论上被证明是一种优良的CO2还原光催化剂。这项工作有助于了解BP改性对g-C3N4光催化活性的影响,也为其他高性能CO2还原光催化剂的设计提供理论依据。

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  • 发布日期:  2021-06-15
  • 收稿日期:  2020-10-13
  • 接受日期:  2020-11-04
  • 修回日期:  2020-11-04
  • 网络出版日期:  2020-11-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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