Molecularly Tunable Donor–Acceptor Integrated Carbon Nitride for Sunlight‐Driven H2O2 Synthesis: Mechanism and Performance Insights

轨道能级差 光催化 材料科学 光化学 接受者 带隙 氮化碳 煅烧 吸收(声学) 催化作用 化学 光电子学 有机化学 分子 物理 复合材料 凝聚态物理
作者
Jihan Zhao,Liang Wang,Tianyu Zhou,Yuhan Yan,Jiaqi Sun,Bo Hu,Bo Liu,Chunbo Liu,Guangbo Che
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202500679
摘要

Abstract Graphite phase carbon nitride (CN) emerges as a promising catalyst for sunlight‐driven H 2 O 2 synthesis owing to its merits of stable physicochemical properties, distinctive electronic structure, adjustable bandgap, etc., yet poor charge behavior, especially high carrier recombination and low charge migration rate, limit its photocatalytic activity. Herein, a molecularly tunable donor‐acceptor (D‐A) integrated CN is fabricated via cytosine doping combined with molten salt‐assisted calcination. The catalyst is utilized for sunlight‐driven H 2 O 2 synthesis and achieves the highest H₂O₂ yield of 8.07 mmol g −1 h −1 , which exceeds the initial CN by the factor of 40.4, surpassing numerous reported CN‐based photocatalysts. Series characterizations/tests (e.g., transient absorption, steady‐state SPV spectra, KPFM) and theoretical calculations (e.g., HOMO/LUMO, adsorption energy) confirm that the incorporation of K + , ‐C≡N and pyrimidine ring disrupts the symmetry of CN and establishes a molecularly tunable D‐A integrated structure, significantly augmenting the separation and migration of photogenerated charges. The capture experiment and rotating disk electrode test affirm that a two‐step single electron oxygen reduction pathway occurs in the process of sunlight‐driven H 2 O 2 synthesis. This work offers novel approaches and profound revelations for the development of sunlight‐driven H 2 O 2 synthesis.
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