Interface‐Engineered C 4 N/MgAl‐LDH Heterostructure for High‐Performance Photocatalytic H 2 O 2 Production

光催化 异质结 产量(工程) 材料科学 吸附 氧气 催化作用 吸收(声学) 动力学 制氢 过氧化氢 纳米技术 化学工程 化学 光化学 降级(电信) 载流子 氧化还原 Zeta电位 分解水 表面电荷 可见光谱 水处理 质子 化学稳定性 化学动力学
作者
Yuan Teng,Xue‐Ming Zhang,Rui Zhu,Si Chen,Mei‐Ying Xie,Ke Wu,Qiaopeng Tian,Xinyu Wang,Zhilian Wu,Jia‐Li Ma,Lei Sun,Dai‐Bin Kuang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (48): e202516296-e202516296 被引量:7
标识
DOI:10.1002/anie.202516296
摘要

Photocatalytic production of hydrogen peroxide (H2O2) from water and air offers a highly promising and sustainable strategy. However, the slow kinetics of water oxidation severely restricts the oxygen reduction half-reaction due to insufficient proton supply, leading to low efficiency of many H2O2 photocatalysts. Herein, we constructed an interface-engineered C4N/MgAl-LDH heterostructure via a straightforward in situ electrostatic self-assembly method. The resulting hybrid photocatalyst exhibits a remarkable H2O2 yield rate of 2.38 mmol g-1 h-1 without cocatalysts and sacrificial agents, along with exceptional stability (≥20 cycles). Its performance significantly surpasses those of bare MgAl-LDH, C4N, and their physically mixed counterpart. The zeta potential analysis confirms the formation of an intimately contacted interface with strong electronic coupling, enabling rapid charge transfer and prominent photocatalytic performances. Isotope tracing experiments employing H2 18O and 18O2 provide clear evidence for dual pathways of H2O2 formation involving both water and molecular oxygen. The incorporation of C4N not only extends visible-light absorption but also promotes the adsorption and activation of key reactants and intermediates. The synthetic approach developed here is simple, cost-effective, and broadly applicable, offering a feasible route for designing advanced photocatalysts for high-efficiency H2O2 production.
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