Unveiling the Synergistic Role of Frustrated Lewis Pairs in Carbon‐Encapsulated Ni/NiOx Photothermal Cocatalyst for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production

材料科学 非阻塞I/O 光热治疗 光催化 沮丧的刘易斯对 制氢 碳纤维 光热效应 纳米技术 化学工程 路易斯酸 催化作用 有机化学 复合数 复合材料 化学 工程类
作者
Zhi Yang,Taiyu Huang,Meng Li,Xudong Wang,Xiaosong Zhou,Siyuan Yang,Qiongzhi Gao,Xin Cai,Yingju Liu,Yueping Fang,Yu Wang,Shanqing Zhang,Shengsen Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (24) 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adma.202313513
摘要

Abstract The development of high‐density and closely spaced frustrated Lewis pairs (FLPs) is crucial for enhancing catalyst activity and accelerating reaction rates. However, constructing efficient FLPs by breaking classical Lewis bonds poses a significant challenge. Here, this work has made a pivotal discovery regarding the Jahn–Teller effect during the formation of grain boundaries in carbon‐encapsulated Ni/NiOx (Ni/NiO x @C). This effect facilitates the formation of high‐density O (V O ) and Ni (V Ni ) vacancy sites with different charge polarities, specifically FLP‐V O ‐C basic sites and FLP‐V Ni ‐C acidic sites. The synergistic interaction between FLP‐V O ‐C and FLP‐V Ni ‐C sites not only reduces energy barriers for water adsorption and splitting, but also induces a strong photothermal effect. This mutually reinforcing effect contributes to the exceptional performance of Ni/NiO x @C as a cocatalyst in photothermal‐assisted photocatalytic hydrogen production. Notably, the Ni/NiO x @C/g‐C 3 N 4 (NOCC) composite photocatalyst exhibits remarkable hydrogen production activity with a rate of 10.7 mmol g −1 h −1 , surpassing that of the Pt cocatalyst by 1.76 times. Moreover, the NOCC achieves an impressive apparent quantum yield of 40.78% at a wavelength of 380 nm. This work paves the way for designing novel defect‐state multiphase cocatalysts with high‐density and adjacent FLP sites, which hold promise for enhancing various catalytic reactions.
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