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.

The photocatalytic performance of the star photocatalyst g-C3N4 was restricted by the low efficiency because of the fast charge recombination. The present work developed a facile in situ method to construct g-C3N4/g-C3N4 metal-free isotype heterojunction with molecular composite precursors with the aim to greatly promote the charge separation. Considering the fact that g-C3N4 samples prepared from urea and thiourea separately have different band structure, the molecular composite precursors of urea and thiourea were treated simultaneously under the same thermal conditions, in situ creating a novel layered g-C3N4/g-C3N4 metal-free heterojunction (g-g CN heterojunction). This synthesis method is facile, economic, and environmentally benign using easily available earth-abundant green precursors. The confirmation of isotype g-g CN heterojunction was based on XRD, HRTEM, valence band XPS, ns-level PL, photocurrent, and EIS measurement. Upon visible-light irradiation, the photogenerated electrons transfer from g-C3N4 (thiourea) to g-C3N4 (urea) driven by the conduction band offset of 0.10 eV, whereas the photogenerated holes transfer from g-C3N4 (urea) to g-C3N4 (thiourea) driven by the valence band offset of 0.40 eV. The potential difference between the two g-C3N4 components in the heterojunction is the main driving force for efficient charge separation and transfer. For the removal of NO in air, the g-g CN heterojunction exhibited significantly enhanced visible light photocatalytic activity over g-C3N4 alone and physical mixture of g-C3N4 samples. The enhanced photocatalytic performance of g-g CN isotype heterojunction can be directly ascribed to efficient charge separation and transfer across the heterojunction interface as well as prolonged lifetime of charge carriers. This work demonstrated that rational design and construction of isotype heterojunction could open up a new avenue for the development of new efficient visible-light photocatalysts.

TiO2 thin films were prepared on fused quartz by the liquid-phase deposition (LPD) method from a (NH4)2TiF6 aqueous solution upon addition of boric acid (H3BO3) and calcined at various temperatures. The as-prepared films were characterized with thermogravimetry (TG), Fourier transform infrared spectra (FTIR), X-ray diffraction (XRD), UV−Visible spectrophotometry (UV−Vis), scanning electron microscopy (SEM), photoluminescence spectra (PL), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. The photocatalytic activity of the samples was evaluated by photocatalytic decolorization of methyl orange aqueous solution. It was found that the as-prepared TiO2 thin films contained not only Ti and O elements, but also a small amount of F, N, and Si elements. The F and N came from the precursor solution, and the amount of F decreased with increasing calcination temperature. Two sources of Si were identified. One was from the SiF62- ions, which were formed by a reaction between the treatment solution and quartz substrate. The other was attributed to the diffusion of Si from the surface of quartz substrate into TiO2 thin film at 700 °C or higher calcination temperatures. With increasing calcination temperature, the photocatalytic activity of the TiO2 thin films gradually increased due to the improvement of crystallization of the anatase TiO2 thin films. At 700 °C, the TiO2 thin film showed the highest photocatalytic activity due to the increasing amount of SiO2 as an adsorbent center and better crystallization of TiO2 in the composite thin film. Moreover, the SiO2/TiO2 composite thin film showed the lowest PL intensity due to a decrease in the recombination rate of photogenerated electrons and holes under UV light irradiation, which further confirms the film with the highest photocatalytic activity at 700 °C. When the calcination temperature is higher than 700 °C, the decrease in photocatalytic activity is due to the formation of rutile and the sintering and growth of TiO2 crystallites resulting in the decrease of surface area.

Photocatalytic degradation is an effective method to alleviate environmental pollution caused by organic pollutants. In this work, research progress on the application of photocatalytic degradation and the antibacterial properties of zinc oxide (ZnO) nanomaterials is reviewed. The visible-light photo-response of ZnO has been expanded by employing various strategies, such as enhancing the photocatalytic activity of ZnO through modification of its electronic and optical properties, doping metal/nonmetal atoms, depositing noble metals, constructing heterojunctions, and coupling carbon materials, because the wide band gap of ZnO likely restricts its applications in photocatalysis. Although ZnO nanomaterials are commonly used for antibacterial applications, our understanding on the toxicity mechanisms of ZnO is limited. Some of the main toxicity mechanisms of this compound include reactive oxygen species generation, Zn2+ release, membrane dysfunction, and nanoparticle internalization into cells. Some of the main methods that improve antibacterial activities are coating inorganic or organic antimicrobial agents, doping ZnO, and tuning the size, morphological characteristics, and concentration of ZnO nanomaterials. This review aims to examine the current research progress on ZnO-based nanomaterials developed for the photocatalysis of organic contaminant degradation and antibacterial applications.

The isoelectric point (IEP) is an important physicochemical parameter of many compounds, such as oxides, hydroxides, and nitrides, and can contribute to estimation of the surface charges of compound particles at various pH conditions. In this work, three types of graphitic carbon nitrides (g-C3N4) were synthesized by directly heating melamine, thiourea, and urea. The prepared samples showed different microstructures and IEPs that influenced their adsorption activity. Differences in microstructure resulted from the various precursors used during synthesis. The IEPs of the obtained g-C3N4 were measured to be approximately 4–5, which is due to the equilibrium of chemical reactions between hydrogen ions, hydroxyl ions, and amine groups on the g-C3N4 surface. The IEP of g-C3N4 prepared from thiourea was lower than those of the corresponding samples prepared from melamine and urea. The adsorption activity of methylene blue on g-C3N4 prepared from urea and thiourea was excellent, which indicates that g-C3N4 is a promising adsorbent. This work provides a useful reference for choosing precursors with which to prepare g-C3N4 and combining g-C3N4 with other compounds in solution.

SmallVolume 11, Issue 39 p. 5262-5271 Full Paper A Hierarchical Z-Scheme CdS–WO3 Photocatalyst with Enhanced CO2 Reduction Activity Jian Jin, Jian Jin State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. ChinaSearch for more papers by this authorJiaguo Yu, Corresponding Author Jiaguo Yu State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. China Department of Physics, Faculty of Science, King Abdulaziz University, Jeddah, 21589 Saudi ArabiaE-mail: jiaguoyu@yahoo.com, keithho@ied.edu.hkSearch for more papers by this authorDaipeng Guo, Daipeng Guo State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. ChinaSearch for more papers by this authorCan Cui, Can Cui State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. ChinaSearch for more papers by this authorWingkei Ho, Corresponding Author Wingkei Ho Department of Science and Environmental Studies and Center for Education in Environmental Sustainability, The Hong Kong Institute of Education, Tai Po, N. T. Hong Kong, P. R. ChinaE-mail: jiaguoyu@yahoo.com, keithho@ied.edu.hkSearch for more papers by this author Jian Jin, Jian Jin State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. ChinaSearch for more papers by this authorJiaguo Yu, Corresponding Author Jiaguo Yu State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. China Department of Physics, Faculty of Science, King Abdulaziz University, Jeddah, 21589 Saudi ArabiaE-mail: jiaguoyu@yahoo.com, keithho@ied.edu.hkSearch for more papers by this authorDaipeng Guo, Daipeng Guo State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. ChinaSearch for more papers by this authorCan Cui, Can Cui State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Luoshi Road 122, Wuhan, 430070 P. R. ChinaSearch for more papers by this authorWingkei Ho, Corresponding Author Wingkei Ho Department of Science and Environmental Studies and Center for Education in Environmental Sustainability, The Hong Kong Institute of Education, Tai Po, N. T. Hong Kong, P. R. ChinaE-mail: jiaguoyu@yahoo.com, keithho@ied.edu.hkSearch for more papers by this author First published: 12 August 2015 https://doi.org/10.1002/smll.201500926Citations: 595Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract The development of an artificial photosynthetic system is a promising strategy to convert solar energy into chemical fuels. Here, a direct Z-scheme CdS–WO3 photocatalyst without an electron mediator is fabricated by imitating natural photosynthesis of green plants. Photocatalytic activities of as-prepared samples are evaluated on the basis of photocatalytic CO2 reduction to form CH4 under visible light irradiation. These Z-scheme-heterostructured samples show a higher photocatalytic CO2 reduction than single-phase photocatalysts. An optimized CdS–WO3 heterostructure sample exhibits the highest CH4 production rate of 1.02 μmol h−1 g−1 with 5 mol% CdS content, which exceeds the rates observed in single-phase WO3 and CdS samples for approximately 100 and ten times under the same reaction condition, respectively. The enhanced photocatalytic activity could be attributed to the formation of a hierarchical direct Z-scheme CdS–WO3 photocatalyst, resulting in an efficient spatial separation of photo-induced electron–hole pairs. Reduction and oxidation catalytic centers are maintained in two different regions to minimize undesirable back reactions of the photocatalytic products. The introduction of CdS can enhance CO2 molecule adsorption, thereby accelerating photocatalytic CO2 reduction to CH4. This study provides novel insights into the design and fabrication of high-performance artificial Z-scheme photocatalysts to perform photocatalytic CO2 reduction. Citing Literature Volume11, Issue39October 21, 2015Pages 5262-5271 RelatedInformation

Herein, two-dimensional (2D) TiO2 mesoporous nanosheets with three to four C3N4 layers grown in situ are employed to design a core–shell 2D/2D van der Waals heterojunction (TiO2/C3N4). Edge-terminated zero-dimensional (0D) Ti3C2 MXene quantum dots (TCQD) are subsequently integrated in the C3N4 surface via electrostatic interactions. The constructed 2D/2D/0D TiO2/C3N4/Ti3C2 composite heterojunction photocatalyst exhibits enhanced CO2 reduction activity compared to TiO2, C3N4, TiO2/C3N4, C3N4/Ti3C2 for CO and CH4 production. A step-scheme (S-scheme) charge transfer mechanism operates for the prepared samples during CO2 reduction, as authenticated by in situ X-ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance analysis. This study provides a paradigm of a rational structural design for regulating the number and type of heterointerfaces and further insights into the mechanism of multijunction photocatalysts.

Abstract Hierarchical macro‐/mesoporous titania is prepared without the addition of templates or auxiliary additives at room temperature by the simple dropwise addition of tetrabutyl titanate to pure water, and then calcined at various temperatures. The products are characterized by X‐ray diffraction, N 2 ‐adsorption–desorption analysis, scanning electron microscopy, and the corresponding photocatalytic activity is evaluated by measuring the photocatalytic oxidation of acetone in air. The results reveal that hierarchical macro‐/mesoporous structures of titania can spontaneously form by self‐assembly in alkoxide–water solutions in the absence of organic templates or auxiliary additives. The calcination temperature has a strong effect on the structures and photocatalytic activity of the prepared titania. At 300 °C, the calcined sample shows the highest photocatalytic activity. At 400 and 500 °C, the photocatalytic activity slightly decreases. When the calcination temperature is higher than 500 °C, the photocatalytic activity greatly decreases because of the destruction of the hierarchical macro‐/mesoporous structure of the titania and the drastic decrease of specific surface area. The hierarchically macro‐/mesostructured titania network with open and accessible pores is well‐preserved after calcination at 500 °C, indicating especially high thermal stability. The macroporous channel structures are even preserved after calcination at 800 °C. This hierarchical macro‐/mesostructured titania is significant because of its potential applications in photocatalysis, catalysis, solar‐cell, separation, and purification processes.

Herein, a direct Z-scheme graphitic carbon nitride (g-C3N4)/silver tungstate (Ag2WO4) photocatalyst was prepared by a facile in situ precipitation method using g-C3N4 as a support and silver nitrate as a precursor. X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, and elemental mapping demonstrated that β-Ag2WO4 nanoparticles were evenly distributed on the surface of g-C3N4 nanosheets, which acted as a support for the nucleation and growth of β-Ag2WO4 and inhibited the phase transformation of metastable β-Ag2WO4 to stable α-Ag2WO4. Photocatalytic experiments indicated that the g-C3N4/Ag2WO4 nanocomposite photocatalyst displayed a better photocatalytic activity than pure g-C3N4 and Ag2WO4 toward the degradation of methyl orange. The enhanced photocatalytic performance of g-C3N4/Ag2WO4 could be well explained by a direct Z-scheme photocatalytic mechanism. This mechanism was related to the efficient space separation of photogenerated electron–hole pairs and the great oxidation and reduction capabilities of the g-C3N4/Ag2WO4 system. This work provided new insights into the design and fabrication of g-C3N4-based direct Z-scheme photocatalysts.

Bimodal mesoporous titania powders with high photocatalytic activity were prepared by hydrolysis of titanium tetraisopropoxide in the presence of HNO3 or NH4OH under ultrasonic irradiation. The powders were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), BET surface areas, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Photocatalytic activity was evaluated by the photocatalytic oxidation of acetone in air. The effects of catalysts added during hydrolysis on the microstructure and photocatalytic activity of the TiO2 powders were investigated. The results showed that HNO3 enhanced the growth of brookite, while NH4OH not only retarded phase transformation of the TiO2 powders from amorphous to anatase and anatase to rutile but also suppressed the growth of brookite. All TiO2 powders calcined from 400 to 600 °C showed bimodal pore-size distributions in the mesoporous region: one was intraaggregated pores with maximum pore diameters of ca. 4–9 nm and the other interaggregated ones with maximum pore diameters of ca. 35–50 nm. At 700 °C, the pore-size distributions of all samples exhibited monomodal distribution of the interaggregated pores due to the collapse of the intraaggregated pores. The photocatalytic activity of the TiO2 powders prepared by this method and calcined at 400 °C exceeded that of Degussa P-25 when the molar ratio of HNO3 or NH4OH to H2O was less than 0.05.