The production of clean and renewable hydrogen through water splitting using photocatalysts has received much attention due to the increasing global energy crises. In this study, a high efficiency of the photocatalytic H(2) production was achieved using graphene nanosheets decorated with CdS clusters as visible-light-driven photocatalysts. The materials were prepared by a solvothermal method in which graphene oxide (GO) served as the support and cadmium acetate (Cd(Ac)(2)) as the CdS precursor. These nanosized composites reach a high H(2)-production rate of 1.12 mmol h(-1) (about 4.87 times higher than that of pure CdS nanoparticles) at graphene content of 1.0 wt % and Pt 0.5 wt % under visible-light irradiation and an apparent quantum efficiency (QE) of 22.5% at wavelength of 420 nm. This high photocatalytic H(2)-production activity is attributed predominantly to the presence of graphene, which serves as an electron collector and transporter to efficiently lengthen the lifetime of the photogenerated charge carriers from CdS nanoparticles. This work highlights the potential application of graphene-based materials in the field of energy conversion.

Graphitic carbon nitride (g-C3N4) is the most stable phase of all carbon nitride allotropes under ambient conditions. In this study, sulfur-doped g-C3N4 was fabricated by simply calcinating thiourea at 520 °C. Sulfur-doped g-C3N4 (TCN) was found to absorb light up to 475 nm corresponding to a band gap of 2.63 eV, which was narrower than that of un-doped g-C3N4 (MCN) with a band gap of 2.7 eV. First-principle calculations based on spin-polarized density functional theory were utilized to investigate the theoretical partial density of states of the TCN and MCN, indicating that the band gaps of TCN and MCN were the same, but impurities existed in the TCN sample. Consequently, photogenerated electrons could easily jump from the impurity state to the conduction band or from the valence band to the impurity state. Photocatalytic CO2 reduction was further used to evaluate the photoactivity of samples, and the CH3OH yield using TCN and MCN were 1.12 and 0.81 μmol g−1, respectively. PL spectrum analysis and transient photocurrent responses were also carried out to verify the suggested photocatalysis mechanism.

Visible light photocatalytic H2 production through water splitting is of great importance for its potential application in converting solar energy into chemical energy. In this study, a novel visible-light-driven photocatalyst was designed based on photoinduced interfacial charge transfer (IFCT) through surface modification of ZnS porous nanosheets by CuS. CuS/ZnS porous nanosheet photocatalysts were prepared by a simple hydrothermal and cation exchange reaction between preformed ZnS(en)0.5 nanosheets and Cu(NO3)2. Even without a Pt cocatalyst, the as-prepared CuS/ZnS porous nanosheets reach a high H2-production rate of 4147 μmol h–1 g–1 at CuS loading content of 2 mol % and an apparent quantum efficiency of 20% at 420 nm. This high visible light photocatalytic H2-production activity is due to the IFCT from the valence band of ZnS to CuS, which causes the reduction of partial CuS to Cu2S and thus enhances H2-production activity. This work not only shows a possibility for substituting low-cost CuS for noble metals in the photocatalytic H2 production but also for the first time exhibits a facile method for enhancing H2-production activity by photoinduced IFCT.

Heterogeneous photocatalysis using semiconductors and renewable solar energy has been regarded as one of the most promising processes to alleviate, and even solve, both the world crises of energy supply and environmental pollution. In the past few years, many encouraging achievements have been made in the research area of graphene‐based semiconductor photocatalysts. Among them, CdS/graphene nanocomposites have attracted extensive attention as an important kind of photocatalyst in chemical and material science, due to its superior photocatalytic activity and photostability under visible‐light irradiation. The aim here is to address the enhancement mechanism of the photocatalytic performance of CdS/graphene composite photocatalysts, and systematically summarize recent progress regarding the design and synthesis of CdS/graphene nanocomposites. These nanocomposites are promising for a great diversity of applications in visible‐light photocatalytic fields, including artificial photosynthetic systems (photocatalytic hydrogen production and CO 2 reduction), environmental remediation, and organic photosynthesis. Special attention is given to the photocatalytic hydrogen production and pollutant photodegradation over CdS/graphene nanocomposite photocatalysts. Furthermore, perspectives on CdS/graphene‐based materials are discussed, including the various remaining challenges for large‐scale applications, identifying prospective areas for related research in this field.

Photocatalytic hydrogen (H2) production from water splitting under visible-light irradiation is considered to be an attractive way to solve the increasing global energy crises in modern life. In this study, highly efficient photocatalytic H2 production without the assistant of a cocatalyst was achieved using Zn11–xCdxS solid solutions as the visible-light-driven photocatalysts and a mixed Na2S and Na2SO3 aqueous solution as the sacrificial reagent. The Zn1–xCdxS samples were prepared by a simple zinc–cadmium–thiourea (Zn–Cd–Tu) complex thermolysis method using thiourea, zinc acetate (Zn(Ac)2), and cadmium acetate (Cd(Ac)2) as the precursors. The obtained Zn1–xCdxS solid solutions feature a small crystallite size and precisely controllable band structure, which are beneficial for the photocatalysis. When the Zn/Cd molar ratio is 1:1, the prepared Zn0.5Cd0.5S sample exhibits the highest H2-production rate of 7.42 mmol·h–1·g–1, exceeding that of the pure CdS and ZnS samples by more than 24 and 54 times, respectively, and even much higher than that of the optimal Pt-loaded CdS. This high photocatalytic H2-production activity is attributed predominantly to enough visible-light absorption capacity and suitable conduction band potential of the Zn0.5Cd0.5S solid solution, which is further evidenced from the related theory calculations on the band structures of the Zn1–xCdxS solid solutions. Moreover, the calculation on the Mulliken populations of Zn, Cd, and S atoms for the first time provides new insight into the deep understanding of the chemical shifts of element binding energies for the Zn1–xCdxS solid solutions and the designing of new ternary photocatalytic materials.

In this paper, an ultrathin 2D/2D Ti3C2/g-C3N4 heterojunction was synthesized by direct calcination the mixture of bulk Ti3C2 and urea, where urea not only acts as the gas template to exfoliate Ti3C2 into nanosheets, but also as the precursor of g-C3N4 to craft Ti3C2/g-C3N4 heterojunction. CO2 photoreduction activity tests reveal that pure g-C3N4 (UCN) exhibits very weak photoactivity. However, when Ti3C2 was coupled with g-C3N4, the photocatalytic performance is soaringly enhanced. The optimal sample (10TC) shows the yields of 5.19 and 0.044 μmol h−1 g−1 for CO and CH4, respectively, and the total CO2 conversion is 8.1 times higher than that of UCN. The enhanced CO2 photoreduction activity is mainly attributed to the combined effects of (1) improved CO2 adsorption and activation, and (2) the construction of ultrathin 2D/2D Ti3C2/g-C3N4 heterojunction, where the intimate contact stimulates an efficient spatial separation of photo-excited charge carriers.

As a promising metal-free photocatalyst, graphitic carbon nitride (g-C3N4) has attracted increasing attention. However, from the viewpoint of practical application, the quantum efficiency of g-C3N4 needs to be further improved. In this article, carbon dots (C-dots) modified g-C3N4 hybrid was successfully prepared by a novel strategy using C-dots and dicyandiamide as starting materials. The photocatalyst was characterized by scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), FT-IR, UV–Vis diffuse reflectance spectrum (DRS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), powder photoluminescence (PL) and surface photovoltage spectrum (SPS). Both the photocatalytic activity of C-dots modified g-C3N4 was evaluated by degradation of Rhodamine B under UV irradiation and photocatalytic hydrogen production under visible irradiation. The experimental results show that C-dots modification causes the lattice distortion of g-C3N4. With increase in the loading amount of C-dots, the photocatalytic activity of g-C3N4 increase first and then decrease. g-C3N4 modified with 0.25 wt.% C-dots shows the highest photocatalytic activity, which is 3 times higher than pristine g-C3N4. C-dots act as electron-sinks, which prevent the recombination of photo-generated electron-hole pairs, enhancing the photocatalytic activity of g-C3N4. However, too much C-dots become recombination centers, which is detrimental to the photocatalytic activity of g-C3N4.

Au–TiO₂–graphene photocatalysts display high visible-light hydrogen production activity due to the load of Au nanoparticles and introduction of graphene.

Due to the high dissociation energy of CO2 and sluggish electron-hole pairs transfer dynamics, photocatalytic CO2 reduction with high performance remains a huge challenge. Herein, we report a novel dual-homojunction photocatalyst comprising of cyano/cyanamide groups co-modified carbon nitride (CN-TH) intramolecular homojunction and 1 T/2H-MoSe2 surface homojunction (denoted as 1 T/2H-MoSe2/CN-TH) for enhanced photocatalytic CO2 reduction. In this dual-homojunction photocatalyst, intramolecular CN-TH homojunction promote the intralayer charge separation and transfer owing to the strong electron-withdrawing capabilities of the two-type cyanamide, while the 1 T/2H-MoSe2 homojunction mainly contribute to an interlayer charge transport in CN-TH, consequently inducing a tandem multi-step charge transfer, accelerating the charge transfer dynamics and enhancing CO2 reduction activities. Thanks to this tandem multi-step charge transfer, the optimized 1 T/2H-MoSe2/CN-TH dual-homojunction photocatalyst presented a high CO yield of 27.36 μmol·g−1·h−1, which is 3.58 and 2.87 times higher than those of 1 T/2H-MoSe2/CN and 2H-MoSe2/CN-TH single homojunctions, respectively. This work provides a novel strategy for efficient CO2 reduction via achieving tandem multi-step charge transfer through designing dual-homojunction photocatalyst.

Single-crystalline LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 cathodes (NMC622) synthesized by all-dry solid-phase synthesis (ADSPS) are promising candidates for high-voltage Li-ion batteries (LIBs) in virtue of their ecofriendly and cost-effective merits. However, serious Li/O loss at high sintering temperatures results in their structural and interfacial instabilities. Herein, a strontium/tantalum (Sr/Ta) codoped and lithium-borate (LBO) coated single-crystalline LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (NMC622) with a superior layered structure is successfully prepared by ADSPS for the first time. Sr ions can reduce the sintering temperature by promoting grain-boundary fusion and particle growth, while Ta ions with a high Ta–O bond energy (839 kJ mol–1) further alleviate oxygen loss to decrease Li/Ni mixing and oxygen vacancies. The LBO coating layer helps to remove surface residual alkali, enhancing interfacial stability and Li-ion transfer dynamics. Therefore, the resultant cathode displays a high capacity of 191.9 mAh g–1 at 0.1C with a superior capacity retention of 81.6% at 1C within 2.7–4.5 V after 2000 cycles in pouch-type full cells.