Hydroxyl‐Bonded Co Single Atom Site on Boroncarbonitride Surface Realizes Nonsacrificial H2O2 Synthesis in the Near‐Infrared Region

光催化 材料科学 分子 氢原子 分解水 过氧化氢 红外线的 光化学 催化作用 化学 物理 烷基 有机化学 光学
作者
Honghui Ou,Jin Yu,Ben Chong,Jiahui Bao,Song Kou,He Li,Yang Li,Xiaoqing Yan,Bo Lin,Guidong Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (30): e2404851-e2404851 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adma.202404851
摘要

Abstract Photocatalytic synthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) from O 2 and H 2 O under near‐infrared light is a sustainable renewable energy production strategy, but challenging reaction. The bottleneck of this reaction lies in the regulation of O 2 reduction path by photocatalyst. Herein, the center of the one‐step two‐electron reduction (OSR) pathway of O 2 for H 2 O 2 evolution via the formation of the hydroxyl‐bonded Co single‐atom sites on boroncarbonitride surface (BCN‐OH 2 /Co 1 ) is constructed. The experimental and theoretical prediction results confirm that the hydroxyl group on the surface and the electronic band structure of BCN‐OH 2 /Co 1 are the key factor in regulating the O 2 reduction pathway. In addition, the hydroxyl‐bonded Co single‐atom sites can further enrich O 2 molecules with more electrons, which can avoid the one‐electron reduction of O 2 to •O 2 − , thus promoting the direct two‐electron activation hydrogenation of O 2 . Consequently, BCN‐OH 2 /Co 1 exhibits a high H 2 O 2 evolution apparent quantum efficiency of 0.8% at 850 nm, better than most of the previously reported photocatalysts. This study reveals an important reaction pathway for the generation of H 2 O 2 , emphasizing that precise control of the active site structure of the photocatalyst is essential for achieving efficient conversion of solar‐to‐chemical.
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