Construction of Multiple Asymmetric Catalytic Sites on Carbon Nitrides Toward Efficient Solar Hydrogen Peroxide Production

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作者
Siyu Sun,Feng Gao,Hu Yang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (45): e13453-e13453 被引量:8
标识
DOI:10.1002/advs.202513453
摘要

Abstract Solar‐driven hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) production represents a sustainable alternative to energy‐intensive industrial processes, yet its efficiency is hindered by poor charge separation and sluggish reaction kinetics. Here, a structurally adaptive strategy is proposed to create highly asymmetric multi‐active‐site architectures by synergistically integrating sulfur (S) dopants and single‐atom zinc (Zn) species into the repeating units of 1D and 2D carbon nitride (C 3 N 4 ) frameworks, i.e., C 3 N 4 nanotube (CNT) and sheet (CNS). In this structure, S/Zn and N/O atoms contribute to the conduction and valence bands, respectively, providing multiple charge transfer pathways for photogenerated carriers to achieve efficient spatial separation. The electron delocalization promoted by the highly asymmetric configuration optimizes O 2 adsorption on Zn atoms and reduces the energy barrier for * OOH intermediate formation. Consequently, the optimized S‐CNS‐Zn and S‐CNT‐Zn catalysts exhibit remarkable H 2 O 2 evolution rates of 1724 and 2708 µmol g −1 h −1 , ≈72.1 and 17.5 fold higher than pristine C 3 N 4 , with an apparent quantum yield of 6.28% and 9.88% at 420 nm and solar‐to‐chemical conversion efficiency of 0.37% and 0.52%, respectively, surpassing most previously reported values. This work provides atomic insights for the design of multiple asymmetric catalytic sites.
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