通过缺陷工程改性的石墨碳氮化物(g-C3N4)，由于其具有多个缺陷位点(如空位或官能团)而增强了催化活性，已广泛用于各种光催化系统。然而，在相应光催化反应中每个缺陷位点的关键作用机制仍不清楚。基于此，北京工业大学郑坤、王聪和重庆大学周小元等将-C≡N基团和N空位依次引入g-C3N4(Nv-C≡N-CN)用于光催化生产高价值H2O2，并对双缺陷位点对整个光催化转化过程的影响进行了系统的分析。性能测试显示，在pH=为3，λ≥420 nm光照射下，Nv-C≡N-CN的H2O2生成率为3093 µmol g-1 h-1，并且在400 nm处实现了36.2%的表观量子效率(AQY)，超过了先前报道的g-C3N4基光催化剂。此外，在AM 1.5G辐照下和没有任何牺牲剂的情况下，Nv-C≡N-CN在纯水中实现了0.23%的太阳能化学转化效率(SCC)。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，双缺陷位点的修饰导致形成富电子结构并改变了局部的电荷密度分布，不仅增强了可见光吸收和光生载流子的分离能力，而且促进了OOH*的生成和进一步加氢，大大提高了H2O2生成的选择性和活性。更重要的是，研究人员揭示了每个缺陷位点在光催化H2O2表面反应机制中的关键作用：N空位可以有效吸附和活化O2，-C≡N基团促进H+的吸附，它们协同促进H2O2的产生。该工作深入了解各缺陷位点在表面反应中的关键作用、协同效应和活性，这将有助于通过缺陷工程设计和合成用于环境修复和能量转化的高活性材料。Unraveling the Dual Defect Sites in Graphite Carbon Nitride for Ultra-high Photocatalytic H2O2 Evolution. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D1EE02369A
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