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.

ZnO1–x/graphene hybrid photocatalyst was prepared via a facile in-situ reduction of graphene oxide and ZnO1–x surface defect oxide. The hybrid photocatlayst showed enhanced photocatalytic activity for the photodegradation of methylene blue. The photocorrosion of ZnO1–x was successfully inhibited by graphene hybridation. ZnO1–x/graphene hybrid photocatalyst with 1.2 wt % graphene showed the optimized photocatalytic activity. The photocatalytic activity of ZnO1–x/graphene-1.2 wt % under visible and UV light was about 4.6 and 1.2 times that of ZnO1–x sample, respectively. The photocurrent intensity of ZnO1–x under visible and UV light irradiation can be enhanced by 2 and 3.5 times by graphene hybridization. The enhancement of photocatalytic activity and photocurrent intensity in ZnO1–x/graphene was attributed to the synergistic effect between graphene and ZnO1–x for high separation efficiency of photoinduced electron–hole pairs mainly resulting from the promotion of HOMO orbit of graphene and the Oi″ defect level of ZnO1–x in ZnO1–x/graphene.

A porous ZnO nanosheet with a near-rectangular morphology has been successfully prepared through a simple solvothermal-annealing method using Zn5(OH)6(CO3)2 as a pore-directing agent. Moreover, the features of ZnO can be easily tuned by changing the annealing temperature. The evolution of defects along with the increase of annealing temperature has been revealed as follows: the content of surface oxygen vacancy of the as-prepared samples first increases and then decreases, however, the content of impurities decreases gradually. A clear relationship between the defects and photoluminescence/photocatalytic characteristics of ZnO is observed. The defect-related emission mechanism of the visible photoluminescence (PL) for the as-prepared ZnO samples has been proposed. In addition, the samples also show good activities for photo-degradation of phenol under UV light irradiation. ZnO-500 °C (annealed at 500 °C) exhibits the best photocatalytic activity, which is superior to that of commercial ZnO. The photocatalytic activity can be greatly influenced by the relative concentration ratio of surface defects to bulk defects, crystallization performance and specific surface area.

A high concentration of surface oxygen vacancies were successfully introduced on the BiPO4−x nanorods via controllable hydrogen reduction. The BiPO4−x sample with surface oxygen vacancies shows a light-gray color, although the absorption sharp edge is not changed (still about 300 nm), the absorbance enhances in the range of 300–800 nm. The enhanced level of photocatalytic performance and photocurrent are both influenced by the concentration and extent of oxygen vacancies, which can be controlled by tuning hydrogen reduction temperature and time. Only high-concentration oxygen vacancies formed on the surface layers of BiPO4 can greatly improve the photocatalytic performance and photocurrent, while bulk oxygen vacancies will decrease the performance. The increasing of surface oxygen vacancies can results in broadening of the valence band width and narrowing of the bandgap, which can effect enhancement of the photoactivity and photocurrent, and extending the photoresponse wavelength range.

The BiPO4–x nanorod with surface oxygen vacancy was fabricated via vacuum deoxidation. The concentration and kind of oxygen vacancy could be controlled by tuning the deoxidation temperature and time in vacuum. The photocatalytic activity depended on the concentration and kind of surface oxygen vacancy, and the optimum photocatalytic activity and photocurrent of the BiPO4–x nanorod was about 1.5 and 2.5 times as high as that of pure BiPO4, respectively. Besides, the photocatalytic response wave range of the BiPO4–x nanorod has been expanded to more than 365 nm. The enhancement of photocatalytic activity is attributed to the high separation efficiency of photoinduced electron–hole pairs due to the broadening of the valence band (VB) induced by surface oxygen-vacancy states, and the extending of photoresponse is considered to be the narrowing of energy band gap resulting from the rise of the valence band maximum (VBM).

Abstract Bi 2 WO 6 as a high visible-light-driven catalyst has been aroused broad interest. However, it can only be excitated by the light with λ < 450 nm and the solar energy utilization need to be improved. Here, the wide–range–visible photoresponse Bi 2 WO 6−x nanoplates were fabricated by introducing surface oxygen vacancies through the controllable hydrogen reduction method. The visible photoresponse wavelength range is extended from 450 nm to more than 600 nm. In addition, the photocatalytic activity of Bi 2 WO 6−x is also increased and is 2.1 times as high as that of pristine Bi 2 WO 6 . The extending of the photoresponse range and the enhancement of the photoactivity both can be attributed to the surface-oxygen-vacancy states. This is because surface-oxygen–vacancy states generated above and partly overlapping of with the valence band (VB) will result in the rising of valence band maximum (VBM), thus broadening the VB width. This approach is proposed to develop many types of wide–range–visible optical materials and to be applicable to many narrow and wide bandgap materials.