一种新型界面调节宽带光催化剂

将光吸收从紫外(UV)区域扩展到近红外(NIR)区域并提高光催化剂的光载流子分离效率对于太阳能驱动的H2演化至关重要。

近日，悉尼科技大学王苟秀教授课题组与中国科学院(过程工程研究所)王丹教授共同报道了一种由缺陷型gC3N4(DCN)和NaYF4组成的新型界面调控宽带光催化剂:Yb3+,Tm3+(NYF)nanocrystalsinNationalScienceOpen。

高晓春博士(悉尼科技大学;鲁东大学)和杨乃良研究员(中国科学院过程工程研究所)为共同第一作者。

作者通过将S掺杂剂和C空位引入3-DDCN六角棱柱，首次实现了对gC3N4的精确缺陷控制。随后，NYF纳米晶体成功负载到DCN基质上，形成宽带NYF@DCN光催化剂。

具有优化缺陷状态的DCN精确界面控制

作者发现，乙二醇和熔融硫的使用对于通过产生S掺杂剂和C空位来调节DCN中的缺陷态至关重要。

缺陷态不仅可以扩展DCN的太阳能吸收能力，还可以通过适度的电子俘获能力容纳来自价带的激发电子和来自导带的迁移电子，进一步提高DCN与溶液界面的电荷分离效率。

NYF@DCN的扩展太阳能收集

与块状gC3N4(BCN)和DCN相比，宽带NYF@DCN表现出增强的太阳光收集能力，这主要是由于：

1)DCN中缺陷态的形成降低了激发能并将可见光吸收范围扩展到590nm，在550nm下产生了12.55μAcm-2的高光电流;

2)如上转换光致发光光谱所反映的那样，来自NYF晶体的上转换紫外光对DCN的二次激发，使NYF@DCN具有8.01μAcm-2的提升光电流。

推断上述增强的太阳能吸收促进了太阳能驱动的H2演化。

NYF@DCN的加速界面电荷转移

CP-MAS13NNMR光谱和理论计算表明，与BCN相比，DCN和NYF之间的YN键可能存在更强的界面电荷极化，这有利于能量从NYF通过照片转移到DCN转移(PT)途径和激发态能量转移(ET)途径。

总之，增强的太阳能收集能力和界面电荷转移共同推动宽带NYF@DCN具有2799μmolh-1g-1的优异太阳能驱动H2释放速率，在基于gC3N4的光催化剂和基于上转换粒子的光催化剂。