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?東大AFM: 首次報道!結晶氮化碳實現在NIR下光催化制氫

本文報告了通過以單分子碳酰肼(CBZ)為前體的直接熔鹽策略開發了基于NIR的結晶氮化碳單一光催化劑(MC-CN)。

?東大AFM: 首次報道!結晶氮化碳實現在NIR下光催化制氫
將太陽能直接轉化為化學能,被認為是一種清潔和可再生的技術,可以緩解化石燃料對能源短缺和環境問題,因此,有效利用占太陽光譜主要百分比的近紅外(NIR)光對于光催化的實際應用具有重要意義。然而,單一NIR基光催化劑的開發仍然是一個巨大的挑戰。
基于此,東北大學李犁牛萍等報告了通過以單分子碳酰肼(CBZ)為前體的直接熔鹽策略開發了基于NIR的結晶氮化碳單一光催化劑(MC-CN)。
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具體而言,來自前體本身的結構氧被直接引入CN框架中,以取代部分邊緣N位點而無需額外的處理和添加劑;通過熔鹽處理調整聚合過程,同時形成高結晶結構,確保高電荷轉移率。
值得注意的是,僅在以CBZ為前體的樣品中觀察到結構性結合氧的晶體結構,而常見的含氧源尿素沒有顯示出類似的結果。同時,隨著光響應擴展到1400 nm,催化劑的n→π*激發顯著增強。此外,理論計算證實了帶隙隨著結構氧的引入而變窄和局部內電場的形成,可以增強光生電荷載流子的分離并促進電荷轉移。
?東大AFM: 首次報道!結晶氮化碳實現在NIR下光催化制氫
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因此,所制備的光催化劑在λ>700 nm的光催化活性是傳統CNs的11.6(λ>420 nm)和300(λ>450 nm)倍;MC-CN分別負載了Rh和Cr2O3作為制氫和制氧的助催化劑,在λ>420 nm的照射下,其表現出優異的H2和O2產率(分別為29.86 μmol g-1和14.55 μmol g-1)。
更重要的是,MC-CN在λ=600 nm波長也具有整體水分解(OWS)能力。這項工作為開發基于NIR的光催化劑提出了可行的策略,這可能為設計用于能源和環境的先進催化劑提供思路。
A Crystalline Carbon Nitride Based Near-Infrared Active Photocatalyst. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207375

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