熔融中间体运输导向合成富氨基g-C3N4纳米片用于高效光催化产H2O2

陈郭强 郑子璇 钟威 王国宏 吴新鹤

引用本文: 陈郭强, 郑子璇, 钟威, 王国宏, 吴新鹤. 熔融中间体运输导向合成富氨基g-C3N4纳米片用于高效光催化产H2O2[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406021 shu
Citation:  Guoqiang Chen, Zixuan Zheng, Wei Zhong, Guohong Wang, Xinhe Wu. Molten Intermediate Transportation-Oriented Synthesis of Amino-Rich g-C3N4 Nanosheets for Efficient Photocatalytic H2O2 Production[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406021 shu

熔融中间体运输导向合成富氨基g-C3N4纳米片用于高效光催化产H2O2

    通讯作者: 吴新鹤, wuxinhe@hbnu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22302061

    国家自然科学基金 22075072

    湖北省自然科学基金 2022CFC060

    2023年国家级大学生创新创业训练计划 202324

摘要: 为避免使用当前g-C3N4纳米片合成策略中的外加辅助,如模板、强酸、强碱等,本研究设计了一种g-C3N4熔融中间体运输的创新模式,在没有任何外加物质辅助情况下,成功一步合成富含氨基g-C3N4纳米片。该创新模式具体包括先将三聚氰胺放置在倒置坩埚的顶部平台上,随后进行一步煅烧。在煅烧过程中,三聚氰胺及其随后形成的g-C3N4中间体转变为熔融状态,并沿倒置坩埚外表面逐渐向下流动。这种熔融中间体运输模式可以有效减少其团聚,并使其依次分批聚合成富含氨基的g-C3N4纳米片。此外,所得富氨基g-C3N4纳米片的光催化产H2O2速率显著提高,约为85.8 μmol·L–1·h–1,是传统块体g-C3N4的2倍,这主要是因为除了其纳米片结构具有较大的比表面积外,富氨基结构可以有效增强对O2原料和*OOH中间体的吸附,并加速*OOH高效转化为H2O2。该探究提供了一种创新模式来合成富含氨基的g-C3N4纳米片,并深入探究了其光催化机理。

English

    1. [1]

      Cheng, C.; Yu, J.; Xu, D.; Wang, L.; Liang, G.; Zhang, L.; Jaroniec, M. Nat. Commun. 2024, 15, 1313. doi: 10.1038/s41467-024-45604-5

    2. [2]

      Shao, C.; He, Q.; Zhang, M.; Jia, L.; Ji, Y.; Hu, Y.; Li, Y.; Huang, W.; Li, Y. Chin. J. Catal. 2023, 46, 28. doi: 10.1016/s1872-2067(22)64205-0

    3. [3]

      Zhao, B.; Xu, J.; Gao, D.; Chen, F.; Wang, X.; Liu, T.; Wu, X.; Yu, H. Appl. Catal. B Environ. Energy 2024, 355, 124215. doi: 10.1016/j.apcatb.2024.124215

    4. [4]

      Wang, L.; Sun, J.; Cheng, B.; He, R.; Yu, J. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 4803. doi: 10.1021/acs.jpclett.3c00811

    5. [5]

      He, B.; Wang, Z.; Xiao, P.; Chen, T.; Yu, J.; Zhang, L. Adv. Mater. 2022, 34, 2203225. doi: 10.1002/adma.202203225

    6. [6]

      Wu, Y.; Wang, P.; Che, H.; Liu, W.; Tang, C.; Ao, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202316410. doi: 10.1002/anie.202316410

    7. [7]

      Li, K.; Mei, J.; Li, J.; Liu, Y.; Wang, G.; Hu, D.; Yan, S.; Wang, K. Sci. China Mater. 2024, 67, 484. doi: 10.1007/s40843-023-2717-0

    8. [8]

      Wu, X.; Chen, G.; Wang, J.; Li, J.; Wang, G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2212016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212016

    9. [9]

      Xiang, X.; Zhu, B.; Zhang, J.; Jiang, C.; Chen, T.; Yu, H.; Yu, J.; Wang, L. Appl. Catal. B Environ. Energy 2023, 324, 122301. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.122301

    10. [10]

      Liu, T.; Zhu, W.; Wang, N.; Zhang, K.; Wen, X.; Xing, Y.; Li, Y. Adv. Sci. 2023, 10, 2302503. doi: 10.1002/advs.202302503

    11. [11]

      Chen, C.; Liu, F.; Zhang, Q.; Zhang, Z.; Liu, Q.; Fang, X. Chin. J. Catal. 2023, 46, 91. doi: 10.1016/s1872-2067(22)64159-7

    12. [12]

      Zhu, B.; Sun, J.; Zhao, Y.; Zhang, L.; Yu, J. Adv. Mater. 2024, 36, 2310600. doi: 10.1002/adma.202310600

    13. [13]

      Wu, X.; Tan, L.; Chen, G.; Kang, J.; Wang, G. Sci. China Mater. 2024, 67, 444. doi: 10.1007/s40843-023-2755-2

    14. [14]

      Li, H.; Tao, S.; Wan, S.; Qiu, G.; Long, Q.; Yu, J.; Cao, S. Chin. J. Catal. 2023, 46, 167. doi: 10.1016/s1872-2067(22)64201-3

    15. [15]

      Wu, X.; Ma, H.; Zhong, W.; Fan, J.; Yu, H. Appl. Catal. B Environ. Energy 2020, 271, 118899. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118899

    16. [16]

      Wang, J.; Qiao, X.; Shi, W.; He, J.; Chen, J.; Zhang, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2209016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209016

    17. [17]

      Liu, T.; Zhu, W.; Wang, N.; Zhang, K.; Wen, X.; Xing, Y.; Li, Y. Adv. Sci. 2023, 10, 2302503. doi: 10.1002/advs.202302503

    18. [18]

      Beyhaqi, A.; Azimi, S. M. T.; Chen, Z.; Hu, C.; Zeng, Q. Int. J. Hydrog. Energy 2021, 46, 20547. doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.03.174

    19. [19]

      Chen, H.; Fan, Y.; Xu, H.; Cui, D.; Xue, C.; Zhang, W. J. Alloy. Compd. 2021, 863, 158448. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.158448

    20. [20]

      Shalom, M.; Inal, S.; Fettkenhauer, C.; Neher, D.; Antonietti, M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7118. doi: 10.1021/ja402521s

    21. [21]

      Wang, Y.; Liu, L.; Ma, T.; Zhang, Y.; Huang, H. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102540. doi: 10.1002/adfm.202102540

    22. [22]

      Zhou, Y.; Wu, Y.; Wu, H.; Xue, J.; Ding, L.; Wang, R.; Wang, H. Nat. Commun. 2022, 13, 5852. doi: 10.1038/s41467-022-33654-6

    23. [23]

      Fang, Z.; Hong, Y.; Li, D.; Luo, B.; Mao, B.; Shi, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 20521. doi: 10.1021/acsami.8b04783

    24. [24]

      Xiao, Y.; Tian, G.; Li, W.; Xie, Y.; Jiang, B.; Tian, C.; Zhao, D.; Fu, H. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 2508. doi: 10.1021/jacs.8b12428

    25. [25]

      Lu, X.; Xu, K.; Chen, P.; Jia, K.; Liu, S.; Wu, C. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 18924. doi: 10.1039/c4ta04487h

    26. [26]

      Wu, Q.; Jeong, T.; Kim, S.; Song, Y. J. Alloy. Compd. 2022, 900, 163310. doi: 10.1016/j.jallcom.2021.163310

    27. [27]

      Teng, Z.; Yang, N.; Lv, H.; Wang, S.; Hu, M.; Wang, C.; Wang, D.; Wang, G. Chem 2019, 5, 664. doi: 10.1016/j.chempr.2018.12.009

    28. [28]

      Zhang, X.; Xie, X.; Wang, H.; Zhang, J.; Pan, B.; Xie, Y. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18. doi: 10.1021/ja308249k

    29. [29]

      Xing, W.; Tu, W.; Han, Z.; Hu, Y.; Meng, Q.; Chen, G. ACS Energy Lett. 2018, 3, 514. doi: 10.1021/acsenergylett.7b01328

    30. [30]

      Li, K.; Liu, C.; Li, J.; Wang, G.; Wang, K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2403009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202403009

    31. [31]

      Yu, Z.; Guan, C.; Yue, X.; Xiang, Q. Chin. J. Catal. 2023, 50, 361. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64448-1

    32. [32]

      Zhao, B.; Gao, D.; Zhong, W.; Chen, F.; Wang, P.; Wang, X.; Yu, H. Chem. Eng. J. 2024, 479, 147711. doi: 10.1016/j.cej.2023.147711

    33. [33]

      Wu, X.; Zhong, W.; Ma, H.; Hong, X.; Fan, J.; Yu, H. J. Colloid Interface Sci. 2021, 586, 719. doi: 10.1016/j.jcis.2020.10.141

    34. [34]

      Zhang, P.; Dong, W.; Zhang, Y.; Zhao, L.-N.; Yuan, H.; Wang, C.; Wang, W.; Wang, H.; Zhang, H.; Liu, J. Chin. J. Catal. 2023, 54, 188. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64523-1

    35. [35]

      Wu, X.; Ma, H.; Wang, K.; Wang, J.; Wang, G.; Yu, H. J. Colloid Interface Sci. 2023, 633, 817. doi: 10.1016/j.jcis.2022.11.143

    36. [36]

      Wang, N.; Cheng, L.; Liao, Y.; Xiang, Q. Small 2023, 19, 2300109. doi: 10.1002/smll.202300109

    37. [37]

      Ng, S.-F.; Chen, X.; Foo, J. J.; Xiong, M.; Ong, W.-J.; Chin. J. Catal. 2023, 47, 150. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64417-1

    38. [38]

      Wu, X.; Gao, D.; Wang, P.; Yu, H.; Yu, J. Carbon 2019, 153, 757. doi: 10.1016/j.carbon.2019.07.083

    39. [39]

      Ma, D.; Lian, Q.; Zhang, Y.; Huang, Y.; Guan, X.; Liang, Q.; He, C.; Xia, D.; Liu, S.; Yu, J. Nat. Commun. 2023, 14, 7011. doi: 10.1038/s41467-023-42853-8

    40. [40]

      Wu, X.; Wang, X.; Wang, F.; Yu, H. Appl. Catal. B Environ. Energy 2019, 247, 70. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.01.088

    41. [41]

      Zhao, B.; Zhong, W.; Chen, F.; Wang, P.; Bie, C.; Yu, H. Chin. J. Catal. 2023, 52, 127. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64491-2

    42. [42]

      Luo, C.; Long, Q.; Cheng, B.; Zhu, B.; Wang, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2212026. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212026

    43. [43]

      Wu, X.; Chen, G.; Kang, J.; Zheng, Z.; Wang, G.; Zhong, W.; Yu, H. J. Colloid Interface Sci. 2024, 654, 268. doi: 10.1016/j.jcis.2023.10.043

    44. [44]

      Shi, H.; Li, Y.; Wang, X.; Yu, H.; Yu, J. Appl. Catal. B Environ. Energy 2021, 297, 120414. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120414

    45. [45]

      Zhang, X.; Gao, D.; Zhu, B.; Cheng, B.; Yu, J.; Yu, H. Nat. Commun. 2024, 15, 3212. doi: 10.1038/s41467-024-47624-7

    46. [46]

      Wang, K.; Li, Y.; Shi, H.; Chen, F.; Wang, P.; Wang, X. Adv. Sustain. Syst. 2022, 6, 2200144. doi: 10.1002/adsu.202200144

    47. [47]

      Zhang, K.; Li, Y.; Yuan, S.; Zhang, L.; Wang, Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2212010. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212010

    48. [48]

      Wang, J.; Wang, J.; Zuo, S.; Pei, J.; Liu, W.; Wang, J. Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 108157. doi: 10.1016/j.cclet.2023.108157

    49. [49]

      He, B.; Xiao, P.; Wan, S.; Zhang, J.; Chen, T.; Zhang, L.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202313172. doi: 10.1002/anie.202313172

    50. [50]

      Zhong, W.; Xu, J.; Zhang, X.; Zhang, J.; Wang, X.; Yu, H. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2302325. doi: 10.1002/adfm.202302325

    51. [51]

      Cheng, C.; Zhang, J.; Zhu, B.; Liang, G.; Zhang, L.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218688. doi: 10.1002/anie.202218688

    52. [52]

      Yu, W.; Bie, C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2307022. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307022

    53. [53]

      Wu, X.; Chen, G.; Li, L.; Wang, J.; Wang, G. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 167, 184. doi: 10.1016/j.jmst.2023.05.046

    54. [54]

      Gao, D.; Deng, P.; Zhang, J.; Zhang, L.; Wang, X.; Yu, H.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304559. doi: 10.1002/anie.202304559

    55. [55]

      Xia, Y.; Zhu, B.; Qin, X.; Ho, W.; Yu, J. Chem. Eng. J. 2023, 467, 143528. doi: 10.1016/j.cej.2023.143528

    56. [56]

      Yin, X.; Shi, H.; Wang, Y.; Wang, X.; Wang, P.; Yu, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2312007. doi: 10.3866/PKU.WHXB202312007

    57. [57]

      Bie, C.; Zhu, B.; Wang, L.; Yu, H.; Jiang, C.; Chen, T.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202212045. doi: 10.1002/anie.202212045

    58. [58]

      Cheng, C.; Zhu, B.; Cheng, B.; Macyk, W.; Wang, L.; Yu, J. ACS Catal. 2023, 13, 459. doi: 10.1021/acscatal.2c05001

    59. [59]

      Chen, Z.; Wang, P.; Wang, X.; Yu, H. Surf. Interfaces 2024, 51, 104684. doi: 10.1016/j.surfin.2024.104684

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  196
  • HTML全文浏览量:  56
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-06-17
  • 接受日期:  2024-07-16
  • 修回日期:  2024-07-15
  • 网络出版日期:  2024-08-05
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章