Asymmetry‐Engineered g‐C 3 N 4 Nanosheets with Dual Electronic‐Adsorption Modulation for High‐Efficiency Solar‐Driven H 2 O 2 Synthesis

材料科学 吸附 过氧化氢 可见光谱 氧气 纳米技术 光化学 带隙 析氧 制氢 动力学 蒽醌 氢 化学工程 饱和(图论) 氧化还原 工作(物理) 分子工程 太阳能电池 生产率 催化作用 过氧化物 能量转换效率 分解水 有机太阳能电池 光电子学
作者
Zhao‐Lei Liu,Ji‐Li Zhou,Su‐Xian Yuan,Meng‐Ran Zhang,Min Zhang,Tong‐Bu Lu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (20) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202523126
摘要

Abstract Solar‐driven hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) synthesis via oxygen reduction reaction (ORR) offers a sustainable alternative to the energy‐intensive anthraquinone process, but suffers from sluggish kinetics and poor two‐electron selectivity. Herein, asymmetric boron/fluorine/cyano triply functionalized g‐C 3 N 4 nanosheets (g‐C 3 N 4 ‐B10) are engineered to simultaneously modulate the electronic structure and O 2 adsorption behavior. The structural asymmetry narrows the bandgap and activates n‐π* transitions, enhancing visible light harvesting and suppressing charge recombination. Adsorption engineering selectively shifts molecular oxygen activation from the Pauling‐type (end‐on) to Yeager‐type (side‐on) chemisorption, steering ORR toward a thermodynamically favorable one‐step two‐electron pathway. These synergistic effects enable g‐C 3 N 4 ‐B10 to achieve an H 2 O 2 production rate of 2952 µmol g −1 h −1 under visible light (100 mW cm −2 ) in pure water, representing a 14.3 fold enhancement over pristine g‐C 3 N 4 and outperforming other reported g‐C 3 N 4 ‐based catalysts. This work provides a molecular‐level design strategy for high‐efficiency solar H 2 O 2 production via asymmetric active‐site engineering.
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