Simultaneously Tuning Band Structure and Oxygen Reduction Pathway toward High‐Efficient Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production Using Cyano‐Rich Graphitic Carbon Nitride

光催化 材料科学 选择性 石墨氮化碳 吸附 过氧化氢 氮化碳 催化作用 无机化学 光化学 化学工程 化学 有机化学 工程类
作者
Lei Chen,Cheng Chen,Zhi Yang,Shan Li,Chiheng Chu,Baoliang Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (46) 被引量:397
标识
DOI:10.1002/adfm.202105731
摘要

Abstract The demands for green production of hydrogen peroxide have triggered extensive studies in the photocatalytic synthesis, but most photocatalysts suffer from rapid charge recombination and poor 2e − oxygen reduction reaction (ORR) selectivity. Here, a novel composite photocatalyst of cyano‐rich graphitic carbon nitride g‐C 3 N 4 is fabricated in a facile manner by sodium chloride‐assisted calcination on dicyandiamide. The obtained photocatalysts exhibit superior activity (7.01 m m h −1 under λ ≥ 420 nm, 16.05 m m h −1 under simulated sun conditions) for H 2 O 2 production and 93% selectivity for 2e − ORR, much higher than that of the state‐of‐the‐art photocatalyst. The porous g‐C 3 N 4 with Na dopants and cyano groups simultaneously optimize two limiting steps of the photocatalytic 2e − ORR: photoactivity, and selectivity. The cyano groups can adjust the band structure of g‐C 3 N 4 to achieve high activity. They also serve as oxygen adsorption sites, in which local charge polarization facilitates O 2 adsorption and protonation. With the aid of Na + , the O 2 is reduced to produce more superoxide radicals as the intermediate products for H 2 O 2 synthesis. This work provides a facile approach to simultaneously tune photocatalytic activity and 2e − ORR selectivity for boosting H 2 O 2 production, and then paves the way for the practical application of g‐C 3 N 4 in environmental remediation and energy supply.
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