Oxidation-enhanced piezocatalytic activity in carbon nitride-based catalysts for hydrogen and hydrogen peroxide production

过氧化氢 催化作用 制氢 氮化物 氮化碳 碳纤维 化学 材料科学 无机化学 有机化学 光催化 复合材料 复合数 图层(电子)
作者
Ying Pan,Luocheng Liao,Xinwen Zhang,Yunya Liu,Ran Su,Nieves López‐Salas
出处
期刊:
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2025-jz77q
摘要

Driven by the urgent need for a green, safe, and cost-effective approach to producing H2 and H2O2- both highly valuable in green energy and environmental protection fields- piezocatalysis, which converts mechanical energy into valuable chemicals, has emerged as a promising solution. However, current catalyst systems face challenges due to the need for materials with both a strong piezoelectric effect and favorable catalytic activity. Here, we report the construction of an oxidized carbon nitride (g-C3N4) matrix anchored with TiO2 nanoparticles via alkaline hydrothermal treatment. Under ultrasonication, the g-C3N4/TiO2 composite exhibits optimal performance under carefully controlled alkaline hydrothermal conditions. With a low concentration of Ba(OH)2 during hydrothermal treatment, Ba(OH)2 provides an alkaline medium, oxidizing the g-C3N4 species and introducing structural defects into the g-C3N4 framework. The disruption of the g-C3N4 matrix, along with its interaction with TiO2 nanoparticles, enhances the piezoelectric effect. Consequently, the CN-1BT composite achieves a remarkable H2 production rate of 4427.2 µmol g-1 and an H2O2 production rate of 809.3 µmol g-1 within one hour without the addition of any sacrificial agents or cocatalysts. This work presents an effective strategy for the structural optimization of g-C3N4-based materials and may inspire new approaches for designing advanced piezocatalysts.
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