Dipole field in nitrogen-enriched carbon nitride with external forces to boost the artificial photosynthesis of hydrogen peroxide

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作者
Zhi Li,Yuanyi Zhou,Yingtang Zhou,Kai Wang,Yang Yun,Shanyong Chen,Wentao Jiao,Li Chen,Bo Zou,Mingshan Zhu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:104
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41522-0
摘要

Artificial photosynthesis is a promising strategy for efficient hydrogen peroxide production, but the poor directional charge transfer from bulk to active sites restricts the overall photocatalytic efficiency. To address this, a new process of dipole field-driven spontaneous polarization in nitrogen-rich triazole-based carbon nitride (C3N5) to harness photogenerated charge kinetics for hydrogen peroxide production is constructed. Here, C3N5 achieves a hydrogen peroxide photosynthesis rate of 3809.5 µmol g-1 h-1 and a 2e- transfer selectivity of 92% under simulated sunlight and ultrasonic forces. This high performance is attributed to the introduction of rich nitrogen active sites of the triazole ring in C3N5, which brings a dipole field. This dipole field induces a spontaneous polarization field to accelerate a rapid directional electron transfer process to nitrogen active sites and therefore induces Pauling-type adsorption of oxygen through an indirect 2e- transfer pathway to form hydrogen peroxide. This innovative concept using a dipole field to harness the migration and transport of photogenerated carriers provides a new route to improve photosynthesis efficiency via structural engineering.
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