Photocatalytic Mechanism Control and Study of Carrier Dynamics in CdS@C<sub>3</sub>N<sub>5</sub> Core–Shell Nanowires
Notice bibliographique
Résumé
We present a potential solution to the problem of extraction of photogenerated holes from CdS nanocrystals and nanowires. The nanosheet form of C 3 N 5 is a low-band-gap ( E g = 2.03 eV), azo-linked graphenic carbon nitride framework formed by the polymerization of melem hydrazine (MHP). C 3 N 5 nanosheets were either wrapped around CdS nanorods (NRs) following the synthesis of pristine chalcogenide or intercalated among them by an in situ synthesis protocol to form two kinds of heterostructures, CdS-MHP and CdS-MHPINS, respectively. CdS-MHP improved the photocatalytic degradation rate of 4-nitrophenol by nearly an order of magnitude in comparison to bare CdS NRs. CdS-MHP also enhanced the sunlight-driven photocatalytic activity of bare CdS NWs for the decolorization of rhodamine B (RhB) by a remarkable 300% through the improved extraction and utilization of photogenerated holes due to surface passivation. More interestingly, CdS-MHP provided reaction pathway control over RhB degradation. In the absence of scavengers, CdS-MHP degraded RhB through the N-deethylation pathway. When either hole scavenger or electron scavenger was added to the RhB solution, the photocatalytic activity of CdS-MHP remained mostly unchanged, while the degradation mechanism shifted to the chromophore cleavage (cycloreversion) pathway. We investigated the optoelectronic properties of CdS-C 3 N 5 heterojunctions using density functional theory (DFT) simulations, finite difference time domain (FDTD) simulations, time-resolved terahertz spectroscopy (TRTS), and photoconductivity measurements. TRTS indicated high carrier mobilities >450 cm 2 V –1 s –1 and carrier relaxation times >60 ps for CdS-MHP, while CdS-MHPINS exhibited much lower mobilities <150 cm 2 V –1 s –1 and short carrier relaxation times <20 ps. Hysteresis in the photoconductive J–V characteristics of CdS NWs disappeared in CdS-MHP, confirming surface passivation. Dispersion-corrected DFT simulations indicated a delocalized HOMO and a LUMO localized on C 3 N 5 in CdS-MHP. C 3 N 5, with its extended π-conjugation and low band gap, can function as a shuttle to extract carriers and excitons in nanostructured heterojunctions, and enhance performance in optoelectronic devices. Our results demonstrate how carrier dynamics in core–shell heterostructures can be manipulated to achieve control over the reaction mechanism in photocatalysis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».