Cayanamide Group Functionalized Crystalline Carbon Nitride Aerogel for Efficient CO2 Photoreduction

光催化 材料科学 氮化碳 结晶度 气凝胶 氮化物 载流子 化学工程 吸收(声学) 无定形固体 选择性 碳纤维 聚合 光化学 纳米技术 聚合物 催化作用 有机化学 光电子学 化学 复合材料 图层(电子) 复合数 工程类
作者
Yanrui Li,Yingying Xue,Xiang Gao,Linda Wang,Xiao Liu,Zhenhua Wang,Shaohua Shen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (14) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adfm.202312634
摘要

Abstract For photocatalytic CO 2 reduction, traditional amorphous polymeric carbon nitride (PCN) has suffered from fast photoexcited electron‐hole recombination and low specific surface area, resulting in low photocatalytic activity. Herein, starting from thermally polymerized PCN, cayanamide groups (─CN) functionalized crystalline carbon nitride (CCN) self‐supporting aerogels are obtained through a molten‐salt and self‐assembly two‐step strategy, which realized efficient photocatalytic CO 2 reduction into CO as the main reduction products and O 2 as the oxidation product, with CO evolution rate and selectivity reaching 25.7 µmol g −1 h −1 and 93.8%, respectively. It is revealed that the self‐supporting porous aerogel structure can enhance the mass transport of reactants and products, and increase the light absorption ability via multiple photon reflection. With charge carrier separation greatly enhanced in CCN aerogels with high crystallinity as revealed by charge carrier dynamics investigations, theoretical calculations and in situ spectral characterizations evidence that the introduced ─CN groups would act as the active sites for photoreduction of CO 2 into CO, with energy barrier greatly reduced for the formation of COOH* intermediates, the rate‐determining step for CO 2 ─to─CO reduction. This work demonstrates a novel and controllable strategy to develop semiconducting polymers with crystal, molecular and morphological structures synergistically modulated for highly efficient and selective photocatalytic CO 2 reduction.
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