Triple-Phase Photocatalytic H2O2 Production on a Janus Fiber Membrane with Asymmetric Hydrophobicity

化学 杰纳斯 光催化 化学工程 相(物质) 纤维 聚四氟乙烯 水溶液 图层(电子) 离聚物 聚合物 纳米技术 催化作用 有机化学 材料科学 工程类 生物化学 共聚物
作者
Yunxiang Li,Zhihao Pei,Deyan Luan,Xiong Wen Lou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (5): 3343-3351 被引量:12
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12465
摘要

Photocatalytic O2 reduction is an intriguing approach to producing H2O2, but its efficiency is often hindered by the limited solubility and mass transfer of O2 in the aqueous phase. Here, we design and fabricate a two-layered (2L) Janus fiber membrane photocatalyst with asymmetric hydrophobicity for efficient photocatalytic H2O2 production. The top layer of the membrane consists of superhydrophobic polytetrafluoroethylene (PTFE) fibers with a dispersed modified carbon nitride (mCN) photocatalyst. Amphiphilic Nafion (Naf) ionomer is sprayed onto this layer to modulate the microenvironment and achieve moderate hydrophobicity. In contrast, the bottom layer consists of bare PTFE fibers with high hydrophobicity. The elaborate structural configuration and asymmetric hydrophobicity feature of the optimized membrane photocatalyst (designated as 2L-mCN/F-Naf; F, PTFE) allow most mCN to be exposed with gas–liquid–solid triple-phase interfaces and enable rapid mass transfer of gaseous O2 within the hierarchical membrane, thus increasing the local O2 concentration near the mCN photocatalyst. As a result, the optimized 2L-mCN/F-Naf membrane photocatalyst shows remarkable photocatalytic H2O2 production activity, achieving a rate of 5.38 mmol g–1 h–1 under visible light irradiation.
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