Hydrogen production via water splitting over graphitic carbon nitride (g-C3N4 )-based photocatalysis

2021 ◽  
Vol 0 (0) ◽  
Author(s):  
Mohammed Ismael
Keyword(s):  
Hydrogen Production ◽  
Environmental Remediation ◽  
Carbon Nitride ◽  
Low Cost ◽  
Graphitic Carbon ◽  
Graphitic Carbon Nitride ◽  
Future Research ◽  
Renewable Hydrogen ◽  
Nonmetal Doping

Abstract Photocatalytic splitting of water into hydrogen and oxygen using semiconductor photocatalysts and light irradiation has been attracted much attention and considered to be an alternative for nonrenewable fossil fuel to solve environmental problems and energy crisis and also an as promising approach to produce clean, renewable hydrogen fuel. Owing to their various advantages such as low cost and environmental friendly, chemical, and thermal stability, appropriate band structure, graphitic carbon nitride (g-C3N4 ) photocatalysts have gained multitudinous attention because of their great potential in solar fuels production and environmental remediation. However, due to its fast charge carrier’s recombination, low surface, and limited absorption of the visible light restrict their activity toward hydrogen evolution and numerous modification techniques were applied to solve these problems such as structural modification, metal/nonmetal doping, and noble metal loading, and coupling semiconductors. In this chapter, we summarize recent progress in the synthesis and characterization of the g-C3N4-based photocatalyst. Several modification methods used to enhance the photocatalytic hydrogen production of g-C3N4-based photocatalyst were also highlighted. This chapter ends with the future research and challenges of hydrogen production over g-C3N4-based photocatalyst.

scholarly journals 2D/2D layered nano-heterostructures of transition metal dichalcogenides (MS2, M = Mo, Sn) and graphitic carbon nitride (g-C3N4) for photocatalytic hydrogen production and environmental remediation

2021 ◽  
Author(s):  
Ειρήνη Κουτσουρούμπη
Keyword(s):  
Hydrogen Production ◽  
Transition Metal ◽  
Environmental Remediation ◽  
Carbon Nitride ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Graphitic Carbon ◽  
Graphitic Carbon Nitride ◽  
Photocatalytic Hydrogen Production ◽  
Metal Dichalcogenides

Οι εξαιρετικά αποδοτικοί και οικονομικά αποδοτικοί φωτοκαταλύτες είναι από τους πιο σημαντικούς στόχους στον τομέα της παραγωγής καθαρής ενέργειας και της περιβαλλοντικής αποκατάστασης. Για να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς φωτοχημικής μεταφοράς φορτίου στη νανοκλίμακα, είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν καταλύτες υψηλής αποτελεσματικότητας. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην επιτυχή ανάπτυξη μιας νέας συνθετικής στρατηγικής για την προετοιμασία 2D/2D πολυεπίπεδων νανο-ετεροδομών διχαλκογονιδίων μετάλλων μετάπτωσης (MS2, M = Mo, Sn) και γραφιτικού νιτριδίου του άνθρακα (g-C3N4) για εφαρμογές στην φωτοκαταλυτική παραγωγή καυσίμων και περιβαλλοντική αποκατάσταση . Σε αυτό το πλαίσιο, ο ορθολογικός σχεδιασμός νέων φωτοχημικών συστημάτων μας οδήγησε στη σύνθεση πολυεπίπεδων ετεροδομών με την εναπόθεση νανοφυλλών MoS2 με μεταβλητά πλευρικά μεγέθη στην επιφάνεια του g-C3N4. Αυτές οι σύνθετες δομές μελετήθηκαν ως καθοδικοί καταλύτες για φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου από νερό υπό υπεριώδη ακτινοβολία και ορατό φως. Γενικά, ο φωτοχημικός διαχωρισμός του νερού για την παραγωγή υδρογόνου είναι μια πολύ ελκυστική και πολλά υποσχόμενη λύση στην ενεργειακή κρίση και στο πρόβλημα της κλιματικής αλλαγής. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνειτην αναγωγή των πρωτονίων του νερού σε μοριακό υδρογόνο στην επιφάνεια ενός ημιαγώγιμου καταλύτη. Από την άλλη πλευρά, τα περιβαλλοντικά προβλήματα των υδάτων οφείλονται κυρίως στη ρύπανση του νερού που προκαλείται από ιδιαίτερα τοξικά και καρκινογόνα μεταλλικά ιόντα, όπως το εξασθενές χρώμιο (Cr(VI)). Για το λόγο αυτό, καταφέραμε να συνθέσουμε νανο-ετεροδομές MoS2/g-C3N4 ντοπαρισμένες με Ni, καθώς και νανο-ετεροδομές SnS2/g-C3N4 που επιδεικνύουν υψηλή φωτοκαταλυτική δράση στην αναγωγή του Cr(VI) στην πολύ λιγότερο τοξική μορφή χρωμίου, Cr(III). Ένα αξιοσημείωτο σημείο αυτών των καταλυτικών συστημάτων είναι ότι όλες οι αντιδράσεις φωτοχημικής αναγωγής πραγματοποιήθηκαν σε υδατικά διαλύματα Cr(VI) χωρίς την παρουσία θυσιαζόμενων ενώσεων ως δοτών ηλεκτρονίων. Όλες οι παραπάνω ετεροσυνδέσεις μπορούν να διευκολύνουν τον υψηλό ρυθμό διαχωρισμού και μεταφοράς των φωτοεπαγόμενων φορέων φορτίου, επιδεικνύοντας βελτιωμένη καταλυτική συμπεριφορά έναντι των μακροσκοπικών αναλόγων τους στην παραγωγή υδρογόνου καθώς και στην αναγωγή του εξασθενούς χρωμίου. Οι φωτοκαταλυτικές αντιδράσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση οικονομικά αποδοτικών και φιλικών προς το περιβάλλον αντιδραστηρίων και τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την επίλυση βασικών ενεργειακών και περιβαλλοντικών προκλήσεων.

scholarly journals Graphitic Carbon Nitride Materials for Photocatalytic Hydrogen Production via Water Splitting: A Short Review

Catalysts ◽  
2019 ◽  
Vol 9 (10) ◽  
pp. 805 ◽  
Author(s):  
Seong Jun Mun ◽  
Soo-Jin Park
Keyword(s):  
Hydrogen Production ◽  
Water Splitting ◽  
Rational Design ◽  
Carbon Nitride ◽  
Clean Energy ◽  
Graphitic Carbon ◽  
Graphitic Carbon Nitride ◽  
Future Research ◽  
Metal Doping ◽  
Photocatalytic Hydrogen Production

The generation of photocatalytic hydrogen via water splitting under light irradiation is attracting much attention as an alternative to solve such problems as global warming and to increase interest in clean energy. However, due to the low efficiency and selectivity of photocatalytic hydrogen production under solar energy, a major challenge persists to improve the performance of photocatalytic hydrogen production through water splitting. In recent years, graphitic carbon nitride (g-C3N4), a non-metal photocatalyst, has emerged as an attractive material for photocatalytic hydrogen production. However, the fast recombination of photoexcited electron–hole pairs limits the rate of hydrogen evolution and various methods such as modification, heterojunctions with semiconductors, and metal and non-metal doping have been applied to solve this problem. In this review, we cover the rational design of g-C3N4-based photocatalysts achieved using methods such as modification, metal and non-metal doping, and heterojunctions, and we summarize recent achievements in their application as hydrogen production photocatalysts. In addition, future research and prospects of hydrogen-producing photocatalysts are also reviewed.

scholarly journals Graphitic Carbon Nitride as a New Sustainable Photocatalyst for Textile Functionalization

Polymers ◽  
2021 ◽  
Vol 13 (15) ◽  
pp. 2568
Author(s):  
Jelena Vasiljević ◽  
Ivan Jerman ◽  
Barbara Simončič
Keyword(s):  
Environmental Remediation ◽  
Carbon Nitride ◽  
Low Cost ◽  
Research Area ◽  
Graphitic Carbon ◽  
Water Disinfection ◽  
Graphitic Carbon Nitride ◽  
Textile Functionalization ◽  
Energy Conversion And Storage ◽  
Flame Retardant Properties

As a promising organic semiconducting material, polymeric graphitic carbon nitride (g-C3N4) has attracted much attention due to its excellent optical and photoelectrochemical properties, thermal stability, chemical inertness, nontoxicity, abundance, and low cost. Its advantageous visible light-induced photocatalytic activity has already been beneficially used in the fields of environmental remediation, biological applications, healthcare, energy conversion and storage, and fuel production. Despite the recognized potential of g-C3N4, there is still a knowledge gap in the application of g-C3N4 in the field of textiles, with no published reviews on the g-C3N4- functionalization of textile materials. Therefore, this review article aims to provide a critical overview of recent advances in the surface and bulk modification of textile fibres by g-C3N4 and its composites to tailor photocatalytic self-cleaning, antibacterial, and flame retardant properties as well as to create a textile catalytic platform for water disinfection, the removal of various organic pollutants from water, and selective organic transformations. This paper highlights the possibilities of producing g-C3N4-functionalized textile substrates and suggests some future prospects for this research area.

Mainstream avenues for boosting graphitic carbon nitride efficiency: towards enhanced solar light-driven photocatalytic hydrogen production and environmental remediation

2020 ◽  
Vol 8 (21) ◽  
pp. 10571-10603 ◽  
Author(s):  
Su Shiung Lam ◽  
Van-Huy Nguyen ◽  
Minh Tuan Nguyen Dinh ◽  
Dinh Quang Khieu ◽  
Duc Duong La ◽  
...  
Keyword(s):  
Hydrogen Production ◽  
Environmental Remediation ◽  
High Performance ◽  
Carbon Nitride ◽  
Graphitic Carbon ◽  
Graphitic Carbon Nitride ◽  
Solar Light ◽  
Photocatalytic Hydrogen Production

This review endeavors to present a roadmap to prepare high-performance g-C3N4 photocatalysts for hydrogen production and environmental remediation.

Self-assembly of g-C3N4-based 3D aerogel induced by N-modified carbon dots for enhanced photocatalytic hydrogen production

2021 ◽  
Author(s):  
Pu Xiao-Long ◽  
yang xuechun ◽  
Shan-Shan Liang ◽  
Wenzhong Wang ◽  
Jing-Tai Zhao ◽  
...  
Keyword(s):  
Hydrogen Production ◽  
Self Assembly ◽  
Carbon Dots ◽  
Carbon Nitride ◽  
Graphitic Carbon ◽  
Graphitic Carbon Nitride ◽  
Cross Linking ◽  
Photocatalytic Hydrogen Production

The N-modified carbon dots/graphitic carbon nitride (NCDs/g-C3N4) aerogel was successfully prepared by simple electrostatic self-assembly of NCDs and g-C3N4 nanosheets without any harmful solvents or cross-linking agents. The prepared aerogel...

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document