Formation of BNC Coordination to Stabilize the Exposed Active Nitrogen Atoms in g‐C3N4 for Dramatically Enhanced Photocatalytic Ammonia Synthesis Performance

光催化 催化作用 石墨氮化碳 可见光谱 光化学 氨生产 吸附 材料科学 活动站点 无机化学 氮气 化学 有机化学 光电子学
作者
Weikang Wang,Hongjian Zhou,Yanyan Liu,Shengbo Zhang,Yunxia Zhang,Guozhong Wang,Haimin Zhang,Huijun Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:16 (13) 被引量:118
标识
DOI:10.1002/smll.201906880
摘要

Abstract It is an important issue that exposed active nitrogen atoms (e.g., edge or amino N atoms) in graphitic carbon nitride (g‐C 3 N 4 ) could participate in ammonia (NH 3 ) synthesis during the photocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR). Herein, the experimental results in this work demonstrate that the exposed active N atoms in g‐C 3 N 4 nanosheets can indeed be hydrogenated and contribute to NH 3 synthesis during the visible‐light photocatalytic NRR. However, these exposed N atoms can be firmly stabilized through forming BNC coordination by means of B‐doping in g‐C 3 N 4 nanosheets (BCN) with a B‐doping content of 13.8 wt%. Moreover, the formed BNC coordination in g‐C 3 N 4 not only effectively enhances the visible‐light harvesting and suppresses the recombination of photogenerated carriers in g‐C 3 N 4 , but also acts as the catalytic active site for N 2 adsorption, activation, and hydrogenation. Consequently, the as‐synthesized BCN exhibits high visible‐light‐driven photocatalytic NRR activity, affording an NH 3 yield rate of 313.9 µmol g −1 h −1 , nearly 10 times of that for pristine g‐C 3 N 4 . This work would be helpful for designing and developing high‐efficiency metal‐free NRR catalysts for visible‐light‐driven photocatalytic NH 3 synthesis.
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