An effective structural doping approach has been described to modify the photoelectrochemical properties of g-C3N4 by doping with nonmetal (sulfur or phosphorus) impurities. Here, the substitutional and interstitial doped models of g-C3N4 systems were constructed with different doped sites, and then their dopant formation energies and electronic properties were performed to study the stability and visible-light photoactivity using first-principles density functional theory, respectively. Our results have identified that an S atom preferentially substitutes for the edge N atom of g-C3N4; however, a P atom preferentially situates the interstitial sites of in-planar of g-C3N4. Furthermore, it is demonstrated that the doping with nonmetal impurities reduces the energy gap to enhance the visible-light absorption of g-C3N4. The increased dispersion of the contour distribution of the HOMO and LUMO brought by doping facilitates the enhancement of the carrier mobility, while the noncoplanar HOMO and LUMO favor the separation of photogenerated electron–hole pairs. Especially, P interstitial doping shows a prominent potential due to the appearance of a new channel for carrier migration. It should be pointed out that the proper doping form should be controlled, so that reasonable photoelectrochemical properties can be achieved.

First-principles density functional theory incorporating the LDA + U formalism has been used to investigate the origin of photocatalytic activation of Ag3PO4. The approach provides an improved band gap and the position of the valence band if both Up and Ud are used. Through examining the energy band structure and density of states, we can understand why Ag3PO4 is a promising photocatalyst for oxidizing water as well as degrading organic contaminants. The results show that Ag3PO4 has a large dispersion of conduction band and the inductive effect of PO43−, which help the separation of electron−hole pairs. It is demonstrated theoretically that Ag vacancies in Ag3PO4 with high concentration have a significant effect on the separation of electron−hole pairs and optical absorbance in the visible-light region. These findings present a reasonable explanation of recent experimental results.

Janus materials have garnered significant attention due to their vertical polarization properties stemming from their asymmetric structure, while the pursuit of materials with exceptional piezoelectric performance for effective electromechanical conversion remains challenging. In this study, the Janus MoXSiN2 (X═S, Se, and Te) structure is proposed and subjected to first-principles calculations to explore its piezoelectric characteristics and it reveals in-plane piezoelectric strain coefficients d11 of 1.86, 2.26, and 4.11 pm·V–1 for the MoSSiN2, MoSeSiN2 and MoTeSiN2 monolayers, respectively. The broken mirror symmetry leads to out-of-plane piezoelectric strain coefficients d31 of MoSSiN2, MoSeSiN2 and MoTeSiN2 monolayers are 0.17, 0.29, and 0.48 pm·V–1, respectively. The exceptional elastic flexibility resulting from weak covalent bonds is crucial to the remarkable piezoelectric properties of the MoTeSiN2 monolayer. The significant impact of a strong inherent electric field should be emphasized as a key factor contributing to the substantial d31 value observed in the MoTeSiN2 monolayer. The correlation between electronegativity difference ratios and piezoelectric strain coefficients further underscores the findings of this study. This research lays the theoretical foundation for the potential application of Janus MoXSiN2 (X═S, Se, and Te) monolayers in flexible nanoscale piezoelectric devices.

The reuse of waste biomass resources had become a hot topic in the sustainable development of human society. Biomass was an ideal precursor for preparing porous carbon. However, due to the complexity of biomass composition and microstructure, the quality reproducibility of biomass porous carbon was poor. Therefore, it was of great significance to develop a reliable method for preparing porous carbon from biomass. In this paper, The activated hydrothermal porous carbon was prepared by a combination of hydrothermal carbonization treatment and KHCO3 mild activation. The hydrothermal carbonization treatment could complete the morphology adjustment and iron doping of the carbon in one step, and the mild activation of KHCO3 could activate the porous carbon while maintaining the spherical morphology. Fe‐modified porous carbon with carbon ball/nanosheet structure which facilitated ion/electrolyte diffusion and increased accessibility between surface area and electrolyte ions. Therefore, bagasse derived activated porous carbon had good specific capacitance (315.2 F/g at 1 A/g) and good cycle stability, with a capacitance loss of only 5.8% after 5000 charge‐discharge cycles. This study showed that the combination of hydrothermal treatment and mild activation provided an effective way for the conversion of waste biomass into high‐performance electrode materials.