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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.

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Verfasserangaben:Jonas WirthGND, Rainer Neumann, Markus AntoniettiORCiDGND, Peter SaalfrankORCiDGND
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):License LogoCreative Commons - Namensnennung 3.0 Unported
Externe Anmerkung:Zweitveröffentlichung als Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe ; 172
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