Unification of hot spots and catalytic sites on isolated boron centers in porous carbon nitride nanosheets for efficient photocatalytic oxygen evolution

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作者
Fengting He,Shuling Wang,Yang‐Ming Lu,Pei Dong,Yang Zhang,Feifei Lin,Xiaoming Liu,Yongqiang Wang,Chaocheng Zhao,Shuaijun Wang,Xiaoguang Duan,Jinqiang Zhang,Shaobin Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:116: 108800-108800 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108800
摘要

The quest for maximum photocatalysis necessitates the unification of hot spots and catalytic sites on photocatalysts. Herein, boron atoms were successfully incorporated into the tri-s-triazine unit of C3N4 (PCN-B-X), in the form of isolated B-N coordination. In-situ experimental and simulation analyses collectively demonstrated that the resulting atomic B centers and cyano groups functioned as hot spots to amplify charge dynamics and localized charge density. Concurrently, B-N coordination served as catalytic sites, reducing the activation energy for oxygen evolution reaction. Whereas, excessive B precursor led to partial B-B bonding, adversely affecting optical absorption and charge separation. Consequently, the optimal photocatalytic activity was achieved at an oxygen evolution rate of 248.9 µmol h−1 g−1 (λ > 420 nm), when the hot spots and catalytic sites were harmoniously aligned on isolated B coordination in PCN-B-20, surpassing that of C3N4 by 5.2 times. This study provides insights into photocatalytic mechanism and suggests approaches to develop robust metal-free photocatalysts for solar fuel production.

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