Unveiling excitonic effect-regulated singlet oxygen generation towards efficient photocatalytic H2O2 production

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作者
Yi Shen,Yanchi Yao,Chao Zhu,Jiaxin Wu,Lei Chen,Qile Fang,Shuang Song
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:475: 146383-146383 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146383
摘要

Excitonic processes open up the possibility for pursuing oxygen activation and reduction in photocatalytic H2O2 production. However, the mechanistic investigation in excitonic effect-regulated reactive oxygen species (ROS) generation towards two-electron oxygen reduction reaction (2e− ORR) remains obscure. Herein, for the first time, we propose an efficient 1O2-engaged one-step two-electron O2 reduction pathway induced by the strong excitonic effect, whereby two uphill energy barriers are successfully avoided by productively changing intermediate energy levels. The intrinsic mechanism underlying the P-mediated enhanced excitonic effect was revealed by hyperfine spectroscopic and theoretical investigations, in which high-energy 1O2 was photogenerated via a nontrivial energy transfer process. As a result, the superior activity of H2O2 production was achieved due to the targeted regulation of excitonic behavior, displaying a remarkable 12.2-fold boost over pristine carbon nitride. This work not only sheds light on the role of the excitonic effect in 1O2-involved photocatalytic H2O2 production but also paves the way for optimizing exciton-based photocatalysis via atomic-scale design.

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