Localized Asymmetric Carbon Nitride with Tailored Electronic Traps: Modulating Charge Kinetics to Promote Efficient Light‐Driven H 2 O 2 Production

材料科学 氮化碳 电子结构 光催化 石墨氮化碳 氮化物 偶极子 制氢 载流子 碳纤维 纳米技术 析氧 化学物理 光化学 电子 氢 分解水 动力学 光电子学 合理设计 化学工程 兴奋剂 电子受体 电荷(物理) 过氧化氢 密度泛函理论 人工光合作用 量子效率 半导体
作者
Yongkang Quan,Rong Li,Yi Yang,Rongxing Chen,Xinhuang Lin,Jianying Huang,Yu Ki Ng,Yuekun Lai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (46) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.75360
摘要

ABSTRACT The development of artificial photosynthesis for hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) production holds considerable practical significance in pivotal fields such as energy conversion and environmental remediation. However, the precise manipulation of photocatalyst electronic structures and the induction of directional photogenerated charge migration remain among the core challenges in this field. Herein, we realized accurate modulation of carbon (C) doping concentrations in carbon nitride (CN) matrices via the introduction of uracil during supramolecular self‐assembly. Based on the regulation of electronic structure and dipole moment, a localized asymmetric carbon nitride photocatalyst (KCCN V ) featuring customized electron traps has been designed and constructed. More importantly, by precisely constructing electronic traps (cyano groups, ─C≡N), novel localized electron‐rich domains are formed to efficiently capture photo‐generated electrons and induce directed carrier migration, thereby significantly suppressing the non‐radiative recombination of photo‐generated electron‐hole pairs. KCCN V achieved an impressive H 2 O 2 production efficiency of 6120.1 µmol g −1 h −1 under oxygen conditions. Furthermore, a Fenton reaction system using H 2 O 2 was constructed in the field to achieve efficient mineralization removal of organic wastewater. This work provides valuable insights into the future solar‐driven H 2 O 2 synthesis and its practical applications, via the rational design of localized asymmetric carbon nitride based on electronic structure engineering.
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