Ultrahigh Performance H2O2 Generation by Single‐Atom Fe Catalysts with N/O Bidentate Ligand via Oxalic Acid and Oxygen Molecules Activation

催化作用 吸附 草酸 齿合度 分子 光化学 光催化 配体(生物化学) 密度泛函理论 电子转移 过氧化氢 活化能 化学 材料科学 金属 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 生物化学 受体
作者
Mingming Zhang,Cui Lai,Fuhang Xu,Danlian Huang,Tianjue Hu,Bisheng Li,Liguo Shen,Shiyu Liu,Yukui Fu,Ling Li,Lin Tang,Liang Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (34): e2301817-e2301817 被引量:35
标识
DOI:10.1002/smll.202301817
摘要

Single-atom catalysts (SACs) for photocatalytic hydrogen peroxide (H2 O2 ) generation are researched but it is still challenging to obtain high H2 O2 yields. Herein, graphite carbon nitride (FeSA /CN) confined single Fe atoms with N/O coordination is prepared, and FeSA /CN shows high H2 O2 production via oxalic acid and O2 activation. Under visible light illumination, the concentration of H2 O2 generated by FeSA /CN can achieve 40.19 mM g-1 h-1 , which is 10.44 times higher than that of g-C3 N4 . The enhanced H2 O2 generation can be attributed to the formation of metal-organic complexes and rapid electron transfer. Moreover, the O2 activation of photocatalysts is revealed by 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine oxidation. The results display that the O2 activation capacity of FeSA /CN is higher than that of g-C3 N4 , which facilitates the formation of H2 O2 . Finally, density functional theory calculation demonstrates that O2 is chemically adsorbed on Fe atomic sites. The adsorption energy of O2 is enhanced from -0.555 to -1.497 eV, and the bond length of OO is extended from 1.235 to 1.292 Å. These results exhibit that the confinement of single Fe atoms can promote O2 adsorption and activation. Finally, the photocatalytic mechanism is elaborated, which provides a deep understanding for SACs-catalyzed H2 O2 generation.
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