Adsorption and photocatalytic splitting of water on graphitic carbon nitride
- Graphitic carbon nitride, g-C₃N₄, is a promising organic photo-catalyst for a variety of redox reactions. In order to improve its efficiency in a systematic manner, however, a fundamental understanding of the microscopic interaction between catalyst, reactants and products is crucial. Here we present a systematic study of water adsorption on g-C₃N₄ by means of density functional theory and the density functional based tight-binding method as a prerequisite for understanding photocatalytic water splitting. We then analyze this prototypical redox reaction on the basis of a thermodynamic model providing an estimate of the overpotential for both water oxidation and H⁺ reduction. While the latter is found to occur readily upon irradiation with visible light, we derive a prohibitive overpotential of 1.56 eV for the water oxidation half reaction, comparing well with the experimental finding that in contrast to H₂ production O₂ evolution is only possible in the presence of oxidation cocatalysts.
Verfasserangaben: | Jonas WirthGND, Rainer Neumann, Markus AntoniettiORCiDGND, Peter SaalfrankORCiDGND |
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DOI: | https://doi.org/10.1039/c4cp02021a |
ISSN: | 1463-9076 |
ISSN: | 1463-9084 |
Titel des übergeordneten Werks (Englisch): | physical chemistry, chemical physics : PCCP |
Untertitel (Englisch): | a combined first principles and semiempirical study |
Publikationstyp: | Wissenschaftlicher Artikel |
Sprache: | Englisch |
Datum der Erstveröffentlichung: | 25.06.2014 |
Erscheinungsjahr: | 2014 |
Veröffentlichende Institution: | Universität Potsdam |
Datum der Freischaltung: | 28.04.2015 |
Freies Schlagwort / Tag: | augmented-wave method; hydrogen; initio molecular-dynamics; oxidation; photooxidation; reduction; simulations; tight-binding; transition; visible-light |
Band: | 2014 |
Ausgabe: | 16 |
Seitenanzahl: | 10 |
Erste Seite: | 15917 |
Letzte Seite: | 15926 |
Organisationseinheiten: | Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie |
DDC-Klassifikation: | 5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften |
Peer Review: | Referiert |
Publikationsweg: | Open Access |
Fördermittelquelle: | RSC |
Lizenz (Englisch): | Creative Commons - Namensnennung 3.0 Unported |
Externe Anmerkung: | Zweitveröffentlichung als Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe ; 172 |