Controlled synthesis of hollow carbon ring incorporated g-C3N4 tubes for boosting photocatalytic H2O2 production

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作者
Hao Luo,Tianshang Shan,Jianwen Zhou,Liulian Huang,Lihui Chen,Rongjian Sa,Yusuke Yamauchi,Jungmok You,Yusuke Asakura,Zhanhui Yuan,He Xiao
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:337: 122933-122933 被引量:128
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.122933
摘要

H2O2 production through solar-driven photocatalytic route has received increasing attention. Herein, a carbon ring incorporated hollow g-C3N4 tubes (CHCN) was successfully fabricated via a novel supramolecular self-assembly strategy, co-inducing by hydrogen bond and covalent bond. The optimum H2O2 yield over the CHCN-0.02 reached up to 1.58 mmol L−1 h−1 (AQE= 28.10%, 420 nm), which was 5.4 times significantly higher than that of bulk g-C3N4 (0.29 mmol L−1 h−1) under visible light irradiation. Experimental and density functional theory (DFT) calculations revealed that the CHCNs not only expedited the charge carrier transfer/separation but also favored molecular oxygen adsorption and regulated bandgap structure under the in-plane electronic field induced by continuous π-conjugated Cring, which boosted the ORR efficiency for photocatalytic H2O2 synthesis. The optimized CHCN catalyst demonstrated adequate hybrid ORR routes, consisting of a dominated selective one-step two-electron ORR pathway and highly efficient two-step single-electron ORR for H2O2 production. Therefore, this work not only provides a new strategy for an efficient H2O2 formation using a g-C3N4-based photocatalyst but also explores the functionary mechanism of the ORR process and enlightens the way to highly efficient H2O2 generation.
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