Hollow porous carbon nitride nanotubes with efficient photocatalytic H 2 O 2 generation in pure water

材料科学 光催化 试剂 化学工程 碳纳米管 制氢 介孔材料 氮化碳 吸附 三嗪 多孔性 氮化物 碳纤维 过氧化氢 分解水 辐照 氧气 纳米技术 石墨氮化碳 纳米管 比表面积 氮化硼 催化作用 析氧 光化学
作者
Hanggara Sudrajat,Ari Susanti,Jakkapon Phanthuwongpakdee,Muharani Asnal
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d6nr00414h
摘要

Hydrogen peroxide (H2O2) is an important green oxidant. However, its industrial production remains energy-intensive and environmentally burdensome. Photocatalytic generation of H2O2 from O2 and water under visible-light irradiation is an attractive alternative, yet its efficiency is often limited by sluggish oxygen activation and severe charge recombination. Here, we report a triazine-based graphitic carbon nitride material featuring a hollow, porous nanotube morphology, synthesized via a straightforward, salt-free approach. This method produces a narrow mesopore size distribution without the use of templates or structure-directing agents. The resulting photocatalyst exhibits enhanced visible-light absorption, a high specific surface area, and restricted charge recombination. In comparison with a heptazine-based analogue, the triazine nanotubes exhibit stronger O2 adsorption and a more negative conduction-band potential, thereby facilitating a thermodynamically more favorable reduction of O2 to H2O2. Their electrons are also more reactive due to higher mobility, thus allowing for rapid reaction with O2. Under visible-light irradiation (λ > 390 nm), an H2O2 production rate of 115 μM h-1 is achieved in pure water under O2 flow, without the use of sacrificial reagents and cocatalysts. The triazine sample achieves an AQY of 1% at 420 nm in pure water. Mechanistic investigations indicate that H2O2 formation predominantly proceeds via a superoxide-mediated one-electron oxygen reduction pathway.
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