Homogeneous Carbon/Potassium‐Incorporation Strategy for Synthesizing Red Polymeric Carbon Nitride Capable of Near‐Infrared Photocatalytic H2 Production

材料科学 光催化 氮化碳 制氢 碳纤维 化学工程 掺杂剂 催化作用 带隙 光化学 复合数 兴奋剂 光电子学 有机化学 化学 冶金 复合材料 工程类
作者
Yangsen Xu,Mingjian Fan,Wenjuan Yang,Yonghao Xiao,Lingting Zeng,Xiao Wu,Qing‐Hua Xu,Chenliang Su,Qianjun He
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (39): e2101455-e2101455 被引量:266
标识
DOI:10.1002/adma.202101455
摘要

Abstract The efficient utilization of near‐infrared (NIR) light for photocatalytic hydrogen generation is vitally important to both solar hydrogen energy and hydrogen medicine, but remains a challenge at present, owing to the strict requirement of the semiconductor for high NIR responsiveness, narrow bandgap, and suitable redox potentials. Here, an NIR‐active carbon/potassium‐doped red polymeric carbon nitride (RPCN) is achieved for by using a similar‐structure dopant as the melamine (C 3 H 6 N 6 ) precursor with the solid KCl. The homogeneous and high incorporation of carbon and potassium remarkably narrows the bandgap of carbon nitride (1.7 eV) and endows RPCN with a high NIR‐photocatalytic activity for H 2 evolution from water at the rate of 140 µmol h −1 g −1 under NIR irradiation (700 nm ≤ λ ≤ 780 nm), and the apparent quantum efficiency is high as 0.84% at 700 ± 10 nm (and 13% at 500 ± 10 nm). A proof‐of‐concept experiment on a tumor‐bearing mouse model verifies RPCN as being capable of intratumoral NIR‐photocatalytic hydrogen generation and simultaneous glutathione deprivation for safe and high‐efficacy drug‐free cancer therapy. The results shed light on designing efficient photocatalysts to capture the full spectrum of solar energy, and also pioneer a new pathway to develop NIR photocatalysts for hydrogen therapy of major diseases.
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