Efficient photocatalytic H2O2 production by using unstable S-O functional groups as oxygen adsorption and active sites in shuttlecock waste-derived N, S-doped carbon dots

化学 光催化 吸附 催化作用 氧气 碳纤维 兴奋剂 活性炭 活性氧 无机化学 光化学 废物管理 有机化学 复合数 材料科学 物理 光电子学 工程类 复合材料
作者
Haoyuan Qin,Kaiqu Sun,Pengyu Hao,Hao Yuan,Yu Shen,Ang Bian,Yanhua Cui,Jianhua Hou,Weilong Shi,Chunsheng Li,Feng Guo
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:435: 115579-115579 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2024.115579
摘要

The growing demand for environmentally friendly hydrogen peroxide (H2O2) production has fueled extensive research into synthesis strategy for photocatalysis though the use of the sunlight. However, the current challenge lies in the efficient production of photocatalysts without relying on sacrificial agents in the atmospheric environment. In this study, we propose a breakthrough approach to synthesize N, S co-doped carbon dots (N, S-CDs) by utilizing disulfide bonds in discarded shuttlecock waste and demonstrate its impressive performance (2062.4 µM g-1h−1) for photocatalytic H2O2 production. The significance of the S-O functional groups in N, S-CDs is not limited to the structural elements, since it is not only the key adsorption site for oxygen, but also active site to promote electron transfer from the bulk phase to surface of N, S-CDs during the oxygen reduction reaction (ORR) process for photocatalytic H2O2 production. Furthermore, femtosecond transient absorption spectroscopy (fs-TA) indicates that the presence of the S-O moiety is effective in prolonging the electron lifetime, which effectively inhibit the recombination of electron-holes, thus greatly improving carriers' utilization. These findings provide new insight for the design of biomass carbon-based photocatalysts, which have important implications for the industrial application of solar energy for the synthesis of H2O2.
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