Two-channel photocatalytic production of H2O2 over g-C3N4 nanosheets modified with perylene imides

化学 光激发 光催化 催化作用 光化学 异质结 价(化学) 有机化学 分子 光电子学 原子物理学 物理 激发态
作者
Liping Yang,Guohui Dong,Daniel L. Jacobs,Yuanhao Wang,Ling Zang,Chuanyi Wang
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:352: 274-281 被引量:247
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2017.05.010
摘要

Hydrogen peroxide is a promising solar fuel and widely used in many industrial processes. Here we report on a new basis for clean energy storage, generating H2O2 from H2O and O2 by organic photocatalysis. In this study, we construct an all-solid-state Z-scheme heterojunction (PIx-NCN) by assembling perylene imides (PI) on g-C3N4 nanosheets (NCN), where x is a percentage weight ratio of PI to NCN. PIx-NCN exhibits significant enhancement in photocatalytic production H2O2, and the maximum enhancement was observed for PI5.0-NCN. It was shown that PI can change H2O2 generation from single-channel to two-channel. Specifically, photoexcitation of the PI moieties transfers their conduction band electrons to the valence band of NCN, resulting in enhanced charge separation. Thus, more electrons are available to reduce O2, producing more H2O2. More importantly, the holes in the valence band of PI moiety have more positive potential (2.08 V) than those of NCN (1.63 V), which can oxidize OH− to form OH (1.99 V) and transform to H2O2 via the second channel. Therefore, for PIx-NCN, the photogenerated electrons and holes can be separated into two different phases, helping spatially isolate the oxidation and reduction reaction sites, and thus minimizing the catalytic deactivation.
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