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 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,Ji Bian,Liqiang Jing
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (12) 被引量:1
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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