Nickel single atoms anchored on ultrathin carbon nitride for selective hydrogen peroxide generation with enhanced photocatalytic activity

光催化 催化作用 选择性 量子产额 过氧化氢 氮化碳 化学 光化学 制氢 量子效率 材料科学 有机化学 量子力学 物理 光电子学 荧光
作者
Yuanzheng Zhang,Chao Liang,Haopeng Feng,Wei Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:446: 137379-137379 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137379
摘要

Photocatalysis technology provides a promising and effective method for hydrogen peroxide (H2O2) production. Nevertheless, the photocatalytic H2O2 production activity is greatly regulated by the two-electron oxygen reduction reaction (2e− O2RR). Herein, we demonstrate a robust single atom photocatalyst (NiCN-x, Ni single atoms anchored on ultrathin g-C3N4) for artificial H2O2 production under visible light irradiation. A high H2O2 generation rate of 27.11 mmol g−1h−1 and an apparent quantum yield (AQY) of 8.56 % at 400 nm are both obtained in the optimal NiCN-4 photocatalytic system. Furthermore, NiCN-4 catalyst shows relatively high selectivity of H2O2 with 87.3 % through using a rotating ring-disk electrode (RRDE) measurement. Furthermore, NiCN-4 shows enhanced photocatalytic TC decomposition with degradation efficiency of 89.4 %. Based on DFT calculation, experimental results and advanced characterizations, we find that the high photocatalytic performance is attributed to the boosting 2e−O2RR process with the formation of Ni-μ-peroxide (Ni-OOH) and the unique electronic feature of Ni-Nx coordination sites. This study offers a new blueprint for the fabrication of single atom catalysts (SACs) to achieve artificial photosynthesis of H2O2 with high selectivity and degradation of organic pollutants.
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