Synergy of Triphase Interface Engineering and Electronic Modulation of Carbon Nitride Networks for Continuous‐Flow Photosynthesis of H 2 O 2

材料科学 吸附 光催化 石墨氮化碳 化学工程 氮化碳 光合作用 氮化物 工作(物理) 产量(工程) 分子 纳米技术 电子结构 碳纤维 三嗪 人工光合作用 质子 单线态氧 光化学 接口(物质) 电化学 氧气
作者
Xiaoying Peng,Bin Lei,Zongxing Tu,Mao He,Qin Luo,Tianle Ding,Suqin Wu,Guiming Peng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (28) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adfm.202522655
摘要

Abstract Artificial photosynthesis of H 2 O 2 via 2e oxygen reduction reaction (ORR) by graphitic carbon nitride (CN) is a promising alternative to the energy‐consuming anthraquinone process, however, suffers from limited O 2 supply, insufficient activity, and extra cost in post‐synthesis separation. To overcome these problems, this work reports a hydrophobic CN/carbon fiber networks based triphase continuous‐flow photoreactor for H 2 O 2 photosynthesis, which is enabled by surface chemical modification of CN nanolayer with benzyliamino group. The introduced benzyliamino group imparts hydrophobic surface, extended light absorption, improves charge separation, and favorable O 2 adsorption and 2e ORR selectivity. Finite element simulation shows fast O 2 supply at the triphase interface. H 2 O 2 production experiments demonstrate an impressive yield of 936 µmol m −2 h −1 when using pure water as proton source, which is >3‐fold higher than in liquid/solid two‐phase system. Systematical mechanism study discloses that O 2 prefers to be adsorbed at the benzylamino group‐adjacent triazine structure due to the enriched local electron density, and then undergoes a sequential two‐step 1e ORR process to produce H 2 O 2 . The synergistic combination of triphase interface engineering and electronic modulation in continuous‐flow photosynthesis of H 2 O 2 in this work resolves multiple problems and provides a new avenue for designing advanced photocatalysis systems in liquid–solid–gas triphase reactions.
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