DFT Predirected Molecular Engineering Design of Donor‐Acceptor Structured g‐C3N4 for Efficient Photocatalytic Tetracycline Abatement

光催化 密度泛函理论 接受者 分子内力 材料科学 人体净化 苯甲醛 氮化碳 光化学 化学 计算化学 催化作用 有机化学 物理 核物理学 凝聚态物理
作者
Guangfu Wang,Xiaqing Dong,Min Cheng,Yang Liu,Jun Wang,Hongda Liu,Yongxi Chen,Qingkai Shi,Zenglin Ouyang,Xuanming Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (31) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202311798
摘要

Abstract The photocatalytic environmental decontamination ability of carbon nitride (g‐C 3 N 4 , CN) typically suffers from their inherent structural defects, causing rapid recombination of photogenerated carriers. Conjugating CN with tailored donor–acceptor (D–A) units to counteract this problem through electronic restructuring becomes a feasible strategy, where confirmation by density functional theory (DFT) calculations becomes indispensable. Herein, DFT is employed to predirect the copolymerization modification of CN by benzene derivatives, screening benzaldehyde as the optimal electron‐donating candidate for the construction of reoriented intramolecular charge transfer path. Experimental characterization and testing corroborate the formation of a narrowed bandgap as well as high photoinduced carrier separation. Consequently, the optimal BzCN‐2 exhibited superior photocatalytic capacity in application for tetracycline hydrochloride degradation, with 3.73 times higher than that of CN. Besides, the BzCN‐2‐based photocatalytic system is determined to have a toxicity‐mitigating effect on TC removal via T.E.S.T and prefers the removal of dissociable TC 2− species under partial alkalinity. This work provides insight into DFT guidance for the design of D–A conjugated polymer and its application scenarios in photocatalytic decontamination.
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