Interfacial Hydrogen‐Bond‐Assisted Photoredox Catalysis on Metal‐Free Dual Sites for High‐Performance Water Purification and Carbon Utilization

光催化 吸附 材料科学 光化学 氧化还原 催化作用 分解水 化学工程 饮用水净化 氮化碳 石墨氮化碳 氢键 活性炭 光催化 废水 碳纤维 电子转移 氮气 氮化物 键裂 空位缺陷 降级(电信) 水处理 光催化分解水 激进的 无机化学 光谱学 电子结构 电子供体 可见光谱 纳米技术
作者
Tengyu Liu,Yu Wen,Jinshu Huang,Daoping Chen,Richen Lin,Bing Song,Hu Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (23) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202526697
摘要

Abstract The overlooked carbon source loss and uncontrolled CO 2 emission in water purification motivate the development of more sustainable catalytic systems. Herein, a charge‐asymmetric, metal‐free, dual‐functional‐site photocatalyst is designed by incorporating hydrogen‐affine fluorine onto nitrogen vacancy (Nv)‐rich graphitic carbon nitride (F‐CN‐Nv), enabling complete degradation and in‐situ upgrading of glyphosate (Gly) wastewater to CO (788 µmol g cat −1 h −1 ) with >99% selectivity. In‐situ spectroscopy and theoretical calculations uncover that the F‐species serve as a natural anchor toward ‐H 2 PO 3 group of Gly via hydrogen bonding interactions, which can purposefully adsorb Gly for C–P breaking, rendering exclusive CO formation. The synergistic interaction of Nv and F sites modulates the electronic configuration and surface polarization of F‐CN‐Nv to create a charge‐asymmetrical surface, enhancing the adsorption of O 2 at Nv. Additionally, the Nv‐mediated n‐π* electron transition accelerates the interfacial charge transfer and promotes the selective formation of •OH from O 2 through multi‐electron reduction, thereby improving the photocatalytic Gly degradation. Toxicity estimation software tool analysis reveals that the selective C─P bond cleavage of Gly by F‐CN‐Nv reduces the acute and developmental toxicity of Gly and its intermediates. This research recommends fully harnessing the redox potentials of photocatalysis for efficient purification and targeted upcycling of wastewater.
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