JACS：超薄C3N4组装光催化制H2O2耦合醇氧化

纳米技术

2023-08-28

不使用助催化剂的光催化剂能够最大化的利用光子和光催化剂的原子，有助于光催化剂的发展和进步。目前氮化碳聚合物是一种具有前景的光催化剂材料，但是氮化碳催化剂面临着催化活性位点不足和量子效率低等缺点。

有鉴于此，黑龙江大学付宏刚、蒋保江、焦艳清等报道通过流体剪切力分子组装构筑超薄纳米片组装并且修饰氮缺陷和羰基官能团的刺球氮化碳光催化剂。

主要内容

（1）

通过剪切力打破层间堆叠相互作用，从而将堆叠结构氮化碳转变为超薄的纳米片，并且进一步通过“离心力”再组装形成刺球结构。因为超薄的结构提供丰富的暴露催化活性位点，并且改善电荷分离，因此ASCN-3的氧还原制备H₂O₂耦合醇氧化反应（4-甲氧基苯甲醇氧化为4-甲氧基苯甲醛）的性能比对比氮化碳样品提高20倍，并且TOF显著提升（制备H₂O₂的TOF达到1.69 h^-1，制备4-甲氧基苯甲醛的TOF达到1.02 h^-1）。在420 nm制备H₂O₂的表观量子效率达到11.7 %，生成4-甲氧基苯甲醛的表观量子效率达到9.3 %。

（2）

反应机理研究结果发现氮化碳刺球光催化剂的羰基能够诱导空穴在相邻的位点melem（嘧嘞胺）富集，并且直接氧化4-甲氧基苯甲醇的C_α-H生成碳自由基；N空穴能够作为吸附氧物种并且作为捕获电子位点，从而生成超氧自由基，结合质子生成H₂O₂。

这项研究发展了一种非常简单方便的物理方法打破堆叠氮化碳，构筑多级组装光催化剂。

参考文献

Qi Li, Yanqing Jiao*, Yunqi Tang, Jing Zhou, Baogang Wu, Baojiang Jiang*, and Honggang Fu*, Shear Stress Triggers Ultrathin-Nanosheet Carbon Nitride Assembly for Photocatalytic H₂O₂ Production Coupled with Selective Alcohol Oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c05234

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c05234