4-氨基-1H-咪唑-5-甲腈修饰供体-受体型氮化碳光催化剂的构建及其高效光催化产氢研究

程敬招 高诗语 程蓓 杨凯 王往 曹少文

引用本文: 程敬招, 高诗语, 程蓓, 杨凯, 王往, 曹少文. 4-氨基-1H-咪唑-5-甲腈修饰供体-受体型氮化碳光催化剂的构建及其高效光催化产氢研究[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406026 shu
Citation:  Jingzhao Cheng, Shiyu Gao, Bei Cheng, Kai Yang, Wang Wang, Shaowen Cao. Construction of 4-Amino-1H-imidazole-5-carbonitrile Modified Carbon Nitride-Based Donor-Acceptor Photocatalyst for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406026 shu

4-氨基-1H-咪唑-5-甲腈修饰供体-受体型氮化碳光催化剂的构建及其高效光催化产氢研究

    通讯作者: 王往, doublewang@whut.edu.cn; 曹少文, swcao@whut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划项目 2022YFE0114800

    国家自然科学基金项目 22278324

    国家自然科学基金项目 52073223

    江西省“双千”人才培养计划项目 jxsq2023102141

摘要: 太阳能驱动光催化水分解制氢被认为是解决能源危机和环境污染挑战的一种极具前景的策略。光催化剂的电子性质和能带结构的调控对于提高电荷分离效率和产氢活性至关重要。基于此,本文通过将4-氨基-1H-咪唑-5-甲腈(AICN)引入氮化碳(CN)的分子骨架中,制备了基于供体-受体修饰的氮化碳共聚物。CN中掺入电子供体AICN单元可以拓宽π共轭体系并促进空间电荷分离,从而增强了光利用率并且提高了分子内电荷载流子传输速率。因此,AICN修饰的CN样品表现出更高的光催化产氢速率,最佳光催化活性可达3204 μmol·h−1·g−1。这项分子工程策略为开发高性能的氮化碳基产氢光催化剂提供了一条有效途径。

English

    1. [1]

      Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253. doi: 10.1039/b800489g

    2. [2]

      Nishioka, S.; Osterloh, F. E.; Wang, X.; Mallouk, T. E.; Maeda, K. Nat. Rev. Methods Primers 2023, 3, 42. doi: 10.1038/s43586-023-00226-x

    3. [3]

      Hisatomi, T.; Kubota, J.; Domen, K. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7520. doi: 10.1039/c3cs60378d

    4. [4]

      Bushmeleva, A. S.; Tafeenko, V. A.; Zakharov, V. N.; Lobova, A. A.; Aslanov, L. A. Struct. Chem. 2019, 30, 425. doi: 10.1007/s11224-018-1187-0

    5. [5]

      Bie, C.; Wang, L.; Yu, J. Chem 2022, 8, 1567. doi: 10.1016/j.chempr.2022.04.013

    6. [6]

      Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    7. [7]

      Zhang, J.; Le, Y.; Zhang, Y. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 142, 121. doi: 10.1016/j.jmst.2022.11.001

    8. [8]

      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

    9. [9]

      Cai, J.; Liu, B.; Zhang, S.; Wang, L.; Wu, Z.; Zhang, J.; Cheng, B. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 197, 183. doi: 10.1016/j.jmst.2024.02.012

    10. [10]

      Zhang, Y.; Zhang, Z. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 171, 147. doi: 10.1016/j.jmst.2023.06.048

    11. [11]

      Cao, S.; Zhong, B.; Bie, C.; Cheng, B.; Xu, F. Acta Phys.-Chim.Sin. 2024, 40, 2307016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307016

    12. [12]

      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

    13. [13]

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

    14. [14]

      Wang, Y.; Si, W.; Tan, H.; Xie, Z.; Wang, L.; Di, L.; Liang, J.; Hou, F. Sci. China Mater. 2023, 66, 623. doi: 10.1007/s40843-022-2202-3

    15. [15]

      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

    16. [16]

      Guo, F.; Hu, B.; Yang, C.; Zhang, J.; Hou, Y.; Wang, X. Adv. Mater. 2021, 33, 2101466. doi: 10.1002/adma.202101466

    17. [17]

      Ghashghaee, M.; Azizi, Z.; Ghambarian, M. Struct. Chem. 2020, 31, 1137. doi: 10.1007/s11224-020-01496-x

    18. [18]

      Jun, Y.; Hong, W.; Antonietti, M.; Thomas, A. Adv. Mater. 2009, 21, 4270. doi: 10.1002/adma.200803500

    19. [19]

      Wan, S.; Xu, J.; Cao, S.; Yu, J. Interdiscip. Mater. 2022, 1, 294. doi: 10.1002/idm2.12024

    20. [20]

      Zhang, R.; Zhang, A.; Cao, Y.; Wang, S.; Dong, F.; Zhou, Y. Chem. Eng. J. 2020, 401, 126028. doi: 10.1016/j.cej.2020.126028

    21. [21]

      Yu, X.; Su, H.; Zou, J.; Liu, Q.; Wang, L.; Tang, H. Chin. J. Catal. 2022, 43, 421. doi: 10.1016/S1872-2067(21)63849-4

    22. [22]

      Li, Z.; Yang, Q.; Chen, C.; Zhang, Z.; Fang, X. Chin. J. Catal. 2019, 40, 875. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63337-1

    23. [23]

      Yang, S.; Wang, Q.; Wang, Q.; Li, G.; Zhao, T.; Chen, P.; Liu, F.; Yin, S. J. Mater. Chem. A 2021, 9, 21732. doi: 10.1039/D1TA03813C

    24. [24]

      Fang, Y.; Wang, X. Chem. Commun. 2018, 54, 5674. doi: 10.1039/C8CC02046A

    25. [25]

      Guan, C.; Liao, Y.; Xiang, Q. Sci. China Mater. 2024, 67, 473. doi: 10.1007/s40843-023-2703-0

    26. [26]

      Chen, D.; Wang, Z.; Fu, J.; Zhang, J.; Dai, K. Sci. China Mater. 2024, 67, 541. doi: 10.1007/s40843-023-2770-8

    27. [27]

      Xia, P.; Cao, S.; Zhu, B.; Liu, M.; Shi, M.; Yu, J.; Zhang, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5218. doi: 10.1002/anie.201916012

    28. [28]

      Zheng, Y.; Yu, Z.; Ou, H.; Asiri, A. M.; Chen, Y.; Wang, X. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705407. doi: 10.1002/adfm.201705407

    29. [29]

      Qin, Z.; Wang, M.; Li, R.; Chen, Y. Sci. China Mater. 2018, 61, 861. doi: 10.1007/s40843-017-9171-9

    30. [30]

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

    31. [31]

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

    32. [32]

      Chen, Q.; Zhang, Y.; You, E.; Jiang, Q.; Chen, X.; Wang, Y.; Song, Z.; Chang, K.; Xie, Z.; Kuang, Q. Small 2022, 18, 2204924. doi: 10.1002/smll.202204924

    33. [33]

      Li, Z.; Liu, W.; Chen, C.; Ma, T.; Zhang, J.; Wang, Z. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39, 2208030. doi: 10.3866/PKU.WHXB202208030

    34. [34]

      Li, K.; Wang, L.; Chen, Z.; Yang, X.; Yu, Y.; Zhang, W.; Wang, Y.; Shi, Y.; Loh, K. P.; Xu, Q. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2070288. doi: 10.1002/adfm.202070288

    35. [35]

      Yang, C.; Cheng, B.; Xu, J.; Yu, J.; Cao, S. EnergyChem 2024, 6, 100116. doi: 10.1016/j.enchem.2023.100116

    36. [36]

      Luo, J.; Liu, Y.; Fan, C.; Tang, L; . Yang, S.; Liu, M.; Wang, M.; Feng, C.; Ouyang, X.; Wang, L.; et al. ACS Catal. 2021, 11, 11440. doi: 10.1021/acscatal.1c03103

    37. [37]

      Yan, F.; Zhang, Y.; Liu, S.; Zou, R.; Ghasemi, J. B.; Li, X. Chin. J. Catal. 2023, 51, 124. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64475-4

    38. [38]

      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

    39. [39]

      Ou, H.; Chen, X.; Lin, L.; Fang, Y.; Wang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8729. doi: 10.1002/anie.201803863

    40. [40]

      Xie, Z.; Yang, X.; Zhang, P.; Ke, X.; Yuan, X.; Zhai, L.; Wang, W.; Qin, N.; Cui, C.; Qu, L.; Chen, X. Chin. J. Catal. 2023, 47, 171. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64397-9

    41. [41]

      Yang, C.; Wan, S.; Zhu, B.; Yu, J.; Cao, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202208438. doi: 10.1002/anie.202208438

    42. [42]

      Chen, Y.; Zhang, J.; Zhang, M.; Wang, X. Chem. Sci. 2013, 4, 3244. doi: 10.1039/C3SC51203G

    43. [43]

      Kim, D. E.; Park, J. W.; Seo, S. Y.; Baeg, K. Jun. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 13560. doi: 10.1021/acsami.1c21864

    44. [44]

      Zhang, J.; Zhang, M.; Lin, S.; Fu, X.; Wang, X. J. Catal. 2014, 310, 24. doi: 10.1016/j.jcat.2013.01.008

    45. [45]

      Liu, Q.; Wei, L.; Xi, Q.; Lei, Y.; Wang, F. Chem. Eng. J. 2020, 383, 123792. doi: 10.1016/j.cej.2019.123792

    46. [46]

      Zhang, G.; Xu, Y.; Mi, H.; Zhang, P.; Li, H.; Lu, Y. ChemSusChem 2021, 14, 4516. doi: 10.1002/cssc.202101431

    47. [47]

      Fang, Z.; Li, D.; Chen, R.; Huang, Y.; Luo. B.; Shi, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 22255. doi: 10.1021/acsami.9b03745

    48. [48]

      Haiber, D. M.; Levin, B. D. A.; Treacy, M. M. J.; Crozier, P. A. Chem. Mater. 2020, 33, 195. doi: 10.1021/acs.chemmater.0c03343

    49. [49]

      Song, H.; Liu, X.; Wang, Y.; Chen, L.; Zhang, J.; Zhao, C.; He, F.; Dong, P.; Li, B.; Wang, S.; et al. Colloid Interf. Sci. 2022, 607, 1603. doi: 10.1016/j.jcis.2021.09.088

    50. [50]

      Wang, C.; Hou, Y.; Cheng, J.; Lin, M.; Wang, X. Appl. Catal. B 2021, 294, 120259. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120259

    51. [51]

      Ho, W.; Zhang, Z.; Lin, W.; Huang, S.; Zhang, X.; Wang, X.; Huang, Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 5497. doi: 10.1021/am509213x

    52. [52]

      Zhou, T.; Li, T.; Hou, J.; Wang, Y.; Hu, B.; Sun, D.; Wu, Y.; Jiang, W.; Che, G.; Liu, C. Chem. Eng. J. 2022, 445, 136643. doi: 10.1016/j.cej.2022.136643

    53. [53]

      Katsumata, H.; Sakakibara, K.; Tateishi, I.; Furukawa, M.; Kaneco, S. Catal. Today 2020, 352, 47. doi: 10.1016/j.cattod.2019.12.007

    54. [54]

      Gao, S.; Wan, S.; Yu, J.; Cao, S. Adv. Sustain. Syst. 2023, 7, 2200130. doi: 10.1002/adsu.202200130

    55. [55]

      Yang, F.; Li, C.; Xu, C.; Kan, J.; Tian, B.; Qu, H.; Guo, Y.; Geng, Y.; Dong, Y. Chem. Commun. 2022, 58, 1530. doi: 10.1039/D1CC06184D

    56. [56]

      Wang, X.; Chen, G.; Wang, H.; Wu, Y.; Wei, X.; Wen, J.; Hu, L.; Gu, W.; Zhu, C. J. Catal. 2021, 399, 192. doi: 10.1016/j.jcat.2021.05.007

    57. [57]

      Yang, C.; Li, X.; Li, M.; Liang, G.; Jin, Z. Chin. J. Catal. 2024, 56, 88. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64563-2

    58. [58]

      Sun, T.; Li, C.; Bao, Y.; Fan, J.; Liu, E. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39, 2212009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212009

    59. [59]

      Yang, Q.; Chen, C.; Zhang, Q.; Zhang, Z.; Fang, X. Carbon 2020, 164, 337. doi: 10.1016/j.carbon.2020.04.015

    60. [60]

      Cheng, J.; Wan, S.; Cao, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202310476. doi: 10.1002/anie.202310476

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  213
  • HTML全文浏览量:  46
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-06-20
  • 接受日期:  2024-07-26
  • 修回日期:  2024-07-25
  • 网络出版日期:  2024-08-22
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