Semiconductor-based heterojunctions, widely applied in photocatalytic solar-to-chemical energy conversion, are advantageous for synergistically expediting photocatalytic reaction beyond individual the constituent components. Here we showed new quasi-core-shell In2S3/anatase TiO2@metallic Ti3C2Tx hybrids consisting of well-designed type-II heterojunction and non-noble metal-based Schottky junction with favorable charge transfer channels for efficient photocatalysis application. The mesoporous hybrids owned pleasurable visible-light absorption property and excellent capability in photogenerated exciton separation and carrier transport. Specifically, the hybridized photocatalyst with the additive Ti3C2Tx content of 16 mg (InTi-16) had excellent visible-light photocatalytic performance towards pollutant removal in water with a degradation rate of 0.04977 min−1, which was 3.2 and 6.2 folds higher than that of pure In2S3 and pure Ti3C2Tx, respectively. What’s more, the photocatalytic degradation ability of InTi-16 had surpassed that of many other types of In2S3-based photocatalyst including In2S3/carbon nanotube (CNT), In2S3/reduced graphene oxide (rGO), In2S3/MoS2, and In2S3/TiO2 hybrids. The promising photocatalytic performance was strongly depended on the separation and diffusion of photogenerated exciton and carrier via a multitude of charge transfer channels due to the formation of double heterostructure (type-II heterojunction and Schottky junction). It had originated from the synergistic effects among the visible-light absorption of In2S3, the upward band bending of TiO2 and the favorable electrical conductivity of Ti3C2Tx. Prolonger electron lifetime favored for the generation of more strongly oxidizing radical (e.g. ·O2-) at the in-plane of Ti3C2Tx, and thus enhanced photocatalytic degradation ability. This work demonstrates that the TiO2/Ti3C2Tx can be a potentially novel platform for constructing efficient photocatalysts both for wide-ranging applications and unraveling the transfer behavior of photo-excited electrons based on charge transfer channels.

Materials of perovskite-type structure have attracted considerable attention for their applications in photocatalysis. In this study, a novel composite of p-type LaFeO3 microsphere coated with n-type nanosized graphitic carbon nitride nanosheets was constructed by the quasi-polymeric calcination method with the aid of electrostatic self-assembly interaction. Results indicate that the LaFeO3/g-C3N4p-n heterostructured photocatalyst obtained, in contrast to the pure constituents, enabled improved visible-light absorption, and more efficient separation and migration of charge carriers via solid p-n heterojunction interfacial effect. Correspondingly, the LaFeO3/g-C3N4 composite allowed for higher visible-light-responsive photocatalytic activity for the degradation of Brilliant Blue, which was 16.9 and 7.8 times that of pristine g-C3N4 and LaFeO3, respectively. The photocatalytic degradation of Brilliant Blue was ascribed to the combined contributions of the photogenerated holes (h+), superoxide radicals (O2-) and hydroxyl radicals (OH). Based on solid p-n heterojunction interfacial interaction, a Z-scheme charge carrier transfer pathway integrated with the dye-sensitization effect is proposed as the underlying mechanism of the photocatalytic reaction process. Therefore, we believe that the perovskite-type LaFeO3/g-C3N4 Z-scheme photcatalyst promotes the development of photocatalysis and holds much promise for environmental remediation.