Promoting Piezocatalytic H2O2 Production in Pure Water by Loading Metal‐Organic Cage‐Modified Gold Nanoparticles on Graphitic Carbon Nitride

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作者
Meng Fu,Jinghong Luo,Bo Shi,Shuchen Tu,Zihao Wang,Changlin Yu,Zequn Ma,Xing-Yuan Chen,Xiangming Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (2): e202316346-e202316346 被引量:76
标识
DOI:10.1002/anie.202316346
摘要

Piezocatalytic hydrogen peroxide (H2 O2 ) production is a green synthesis method, but the rapid complexation of charge carriers in piezocatalysts and the difficulty of adsorbing substrates limit its performance. Here, metal-organic cage-coated gold nanoparticles are anchored on graphitic carbon nitride (MOC-AuNP/g-C3 N4 ) via hydrogen bond to serve as the multifunctional sites for efficient H2 O2 production. Experiments and theoretical calculations prove that MOC-AuNP/g-C3 N4 simultaneously optimize three key parts of piezocatalytic H2 O2 production: i) the MOC component enhances substrate (O2 ) and product (H2 O2 ) adsorption via host-guest interaction and hinders the rapid decomposition of H2 O2 on MOC-AuNP/g-C3 N4 , ii) the AuNP component affords a strong interfacial electric field that significantly promotes the migration of electrons from g-C3 N4 for O2 reduction reaction (ORR), iii) holes are used for H2 O oxidation reaction (WOR) to produce O2 and H+ to further promote ORR. Thus, MOC-AuNP/g-C3 N4 can be used as an efficient piezocatalyst to generate H2 O2 at rates up to 120.21 μmol g-1 h-1 in air and pure water without using sacrificial agents. This work proposes a new strategy for efficient piezocatalytic H2 O2 synthesis by constructing multiple active sites in semiconductor catalysts via hydrogen bonding, by enhancing substrate adsorption, rapid separation of electron-hole pairs and preventing rapid decomposition of H2 O2 .
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