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Carbon‐Rich Carbon Nitride with Synergistic Gd‐N 4 Sites and Z‐Scheme Heterojunction for Non‐sacrificial Hydrogen Peroxide Photosynthesis

材料科学 氧化还原 异质结 碳纤维 氮化碳 过氧化氢 氮化物 吸附 量子产额 电化学 氢 石墨氮化碳 光化学 纳米技术 分解水 产量(工程) 化学工程 动力学 制氢 电催化剂 无机化学 分子工程 人工光合作用 光催化 催化作用
作者
Yuxin Yao,Teng Liang,Zhijun Li,Zhongyuan Wang,Pengze Wang,Tianwei Dou,Ziyu Chen,Zhuo Li,Ji Bian,Liqiang Jing
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (12) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adfm.202515298
摘要

Abstract Carbon nitride (CN), a highly promising photocatalyst for hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) production, still suffers from rapid electron‐hole recombination and sluggish kinetics in both the O 2 reduction reaction (ORR) and water oxidation reaction (WOR). Here, a molecular engineering strategy enables the controlled synthesis of carbon and Gd‐N 4 single‐atoms co‐incorporated CN nanotubes. Subsequently, a Z‐scheme heterojunction is constructed via electrostatic self‐assembly with Bi 2 WO 6 nanosheets (BWO). The optimized composite exhibits exceptional performance in visible‐light‐driven H 2 O 2 synthesis (749.5 µmol g −1 h −1 ) in pure water, achieving a 37‐fold enhancement compared to pristine CN. Moreover, the apparent quantum yield (AQY) reaches an impressive 11.13% at 420 nm. The enhanced activity is primarily attributed to the synergistic effects of C/Gd co‐incorporation and the Z‐scheme heterojunction, which collectively promote the separation of photogenerated charges in CN. Particularly, the unsaturated coordination Gd‐N 4 sites effectively facilitate O 2 adsorption and the 2e − ORR pathway, enabling efficient H 2 O 2 production. Meanwhile, BWO enhances the WOR, thus improving the matching efficiency of redox reactions in the system. This study establishes a facile molecular engineering strategy for single‐atoms anchoring with tailored coordination environments, while highlighting the critical role of redox dual‐regulation in achieving efficient H 2 O 2 photosynthesis.
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