Angew：一种C-S-C键触发超高氮掺杂碳以及揭示三碘化物还原中的活性位点

Nanoyu

2020-11-30

一种高效的化学合成路线，以在碳材料中达到超高的N掺杂水平至关重要，其可以实现N掺杂的类型和数量可以在很大范围内调节，从而使期望的材料具有最佳的活性。

近日，大连理工大学邱介山教授，于畅教授报道了通过C-S-C连接将g-C₃N₄包裹在六方C晶格中，可以有效地将含N的g-C₃N₄热解物种原位掺杂到六方C基体中，并在1000 ℃碳化得到的碳材料中实现了高达13.5 at%的超高N含量。利用g-C₃N₄作为氮源，先前从来没有达到过如此高的掺杂水平，这个值非常接近碳材料中氮掺杂的理论上限（15.2 at%@1000℃）。N的组态类型和掺杂量也可以在很大范围内方便而精确地调节。

文章要点

1）研究人员以I₃^-还原反应（IRR）为例考察了所制备的碳材料的应用，系统地研究了总氮、吡啶氮（Pyri-N）、石墨氮（Grap-N）的含量与活性的关系。实验结果表明，最适N含量为10.3 at%，Pyri-N与IRR活性呈正相关，Grap-N与IRR活性呈随机相关。重要的是，Pyri-N的含量与活性中心的数量也呈现出近乎线性的关系。

2）基于密度泛函理论（DFT）分析，研究人员将高活性的原因归结为I₂分子在靠近吸电子的Pyri-N位的C原子上的优异吸附，特别是扶手椅边缘的Pyri-N，其最低吸附能为-0.80 eV。

研究方法为碳基无金属电催化剂的设计提供了新的思路，为其在可持续能源转换/储存技术中的进一步实际应用开辟了新的途径。

Jiangwei Chang, et al, A C-S-C linkage-triggered ultrahigh nitrogen-doped carbon and identification of active site in triiodide reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI: 10.1002/anie.202012141

https://doi.org/10.1002/anie.202012141