Photoelectrochemical alcohols oxidation over polymeric carbon nitride photoanodes with simultaneous H2 production

法拉第效率 石墨氮化碳 化学 水溶液 选择性 酒精氧化 苯甲醇 吸附 氮化碳 无机化学 电化学 光化学 光催化 有机化学 催化作用 电极 物理化学
作者
Neeta Karjule,Ravindra S. Phatake,S. Barzilai,Biswajit Mondal,Adi Azoulay,Alexander I. Shames,Michael Volokh,Josep Albero,Hermenegildo Garcı́a,Menny Shalom
出处
期刊:Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (31): 16585-16594 被引量:27
标识
DOI:10.1039/d2ta03660f
摘要

The photoelectrochemical oxidation of organic molecules into valuable chemicals is a promising technology, but its development is hampered by the poor stability of photoanodic materials in aqueous solutions, low faradaic efficiency, low product selectivity, and a narrow working pH range. Here, we demonstrate the synthesis of value-added aldehydes and carboxylic acids with clean hydrogen (H2) production in water using a photoelectrochemical cell based solely on polymeric carbon nitride (CN) as the photoanode. Isotope labeling measurements and DFT calculations reveal a preferential adsorption of benzyl alcohol and molecular oxygen to the CN layer, enabling fast proton abstraction and oxygen reduction, which leads to the synthesis of an aldehyde at the first step. Further oxidation affords the corresponding acid. The CN photoanode exhibits excellent stability (>40 h) and activity for the oxidation of a wide range of substituted benzyl alcohols with high yield, selectivity (up to 99%), and faradaic efficiency (>90%).
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