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

doi:10.3866/PKU.WHXB202406021

物理化学学报 >> 2024, Vol. 40 >> Issue (11): 2406021.doi: 10.3866/PKU.WHXB202406021

所属专题：太阳燃料制备

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¹, 郑子璇¹, 钟威², 王国宏¹, 吴新鹤¹^,*()

¹ 湖北师范大学化学化工学院污染物分析与资源化技术湖北省重点实验室, 湖北黄石 435002
² 深圳技术大学新材料与新能源学院, 广东深圳 518118

收稿日期:2024-06-17 修回日期:2024-07-15 录用日期:2024-07-16 发布日期:2024-10-14
通讯作者: Email: wuxinhe@hbnu.edu.cn; Tel.: +86-714-6515602 (吴新鹤)
基金资助:
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)

Molten Intermediate Transportation-Oriented Synthesis of Amino-Rich g-C₃N₄ Nanosheets for Efficient Photocatalytic H₂O₂ Production

Guoqiang Chen¹, Zixuan Zheng¹, Wei Zhong², Guohong Wang¹, Xinhe Wu¹^,*()

¹ Hubei Key Laboratory of Pollutant Analysis and Reuse Technology, College of Chemistry and Chemical Engineering, Hubei Normal University, Huangshi 435002, Hubei Province, China
² College of New Materials and New Energies, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, Guangdong Province, China

Received:2024-06-17 Revised:2024-07-15 Accepted:2024-07-16 Published:2024-10-14
Contact: Email: wuxinhe@hbnu.edu.cn; Tel.: +86-714-6515602 (Xinhe Wu)
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22302061); the National Natural Science Foundation of China(22075072); Hubei Provincial Natural Science Foundation of China(2022CFC060); the 2023 National Undergraduate Training Programs for Innovation and Entrepreneurship(202324)

1. WHXB202406021-SI-5p.pdf(620KB)

摘要/Abstract

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。

关键词: 光催化, 氮化碳纳米片, 富氨基, 中间体运输, 产过氧化氢

Abstract:

To eliminate the additional assistance of previously reported strategies for the synthesis of g-C₃N₄ nanosheets such as templates, strong acids and alkalis, in this study, an innovative pattern for transportation of molten g-C₃N₄ intermediates, without any additional substance assistance, has been resoundingly established to produce amino-rich g-C₃N₄ nanosheets. The innovative pattern concretely contains the preliminary placement of melamine onto the top platform of an inverted crucible and their subsequent one-step calcination. During the calcination process, melamine and its subsequently formed g-C₃N₄ intermediate can transform into a molten state and gradually stream down along the outer surface of inverted crucible. This molten intermediate transportation pattern contributes to remarkably resist severe aggregation, resulting in the final polymerization into amino-rich g-C₃N₄ nanosheets in sequence. Moreover, the resultant amino-rich g-C₃N₄ nanosheets exhibit an evidently enhanced photocatalytic H₂O₂-production rate of ca. 85.8 μmol·L^–1·h^–1, over 2 times superior to bulk g-C₃N₄, mainly due to the fact that in addition to their nanosheet structures with enhanced specific surface areas, their amino-rich structures can efficiently reinforce the adsorption of O₂ and *OOH intermediates to accelerate their effective transformation into H₂O₂. This work delivers an innovative pattern to synthesize amino-rich g-C₃N₄ nanosheets with an insight into the photocatalytic mechanism.

Key words: Photocatalysis, g-C₃N₄ nanosheets, Amino-rich, Intermediate transportation, H₂O₂ production

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), 2406021. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406021

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 Phys. -Chim. Sin. 2024, 40(11), 2406021. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406021

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB202406021

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2024/V40/I11/2406021

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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

Molten Intermediate Transportation-Oriented Synthesis of Amino-Rich g-C₃N₄ Nanosheets for Efficient Photocatalytic H₂O₂ Production

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