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哈爾濱理工大學材料科學與化學工程學院Xiaoyu Chu等--N-摻雜石墨烯對苯甲醇選擇性氧化的調制改善了超薄CoPc/g-C3N4異質結的可見光活性

界面調制是影響金屬酞菁(MPc)/g-C₃N₄異質結醇選擇性有氧氧化光活性的關鍵因素。在此，我們成功地制備了N-摻雜石墨烯調制的CoPc/g-C₃N₄納米片(CoPc/NG/CN)異質結。相比于僅含CN時，優化的CoPc/NG/CN光催化劑在O₂作為氧化劑時，對苯甲醇的氧化光活性提高了約4倍，對苯甲醛的選擇性為~99%，對2,4 -二氯苯酚的降解率提高約9倍。通過N₂氣氛下的穩態表面光電壓響應、時間分辨的光致發光光譜、單波長光電流作用光譜和電化學O₂還原測量，證實了CoPc/NG/CN異質結卓越的光活性，是因為具有良好電子誘導能力的NG的調制促進了CoPc和CN之間的界面電荷轉移。此外，N摻雜后NG中更多的富羥基可以通過H-鍵效應誘導CoPc分子高度分散，導致CoPc暴露的數量增加，成為可見光吸收單元，單個Co²⁺位點成為O₂活化的催化中心，從而進一步有利于光催化氧化過程。這項工作為制備高效支撐的MPC-基異質結光催化納米材料提供了一種可行的界面調制策略。

圖1. (a) 0.5CoPc/CN、(b) 1.5CoPc/1NG/CN的TEM圖像。(c) 1.5CoPc/1NG/CN的HAADF-STEM圖像，以及元素C、N、O和Co對應的EDX映射圖像。(d) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的UV-Vis DRS。(e) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的FT-IR光譜。

圖2. (a)苯甲醇轉化的光催化活性，(b)在可見光照射下對CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的2,4- DCP降解動力學。

圖3. (a)可見光照射下形成的羥基自由基的熒光光譜，(b) N₂氣氛下的SPS響應，(c)瞬態光電流，(d) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的時間分辨PL (TR-PL)光譜。

圖4. (a)單色光電流作用譜，(b) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN 的O₂氣泡電化學還原曲線。

圖5. 可見光照射下1.5CoPc/1NG/CN異質結主電荷轉移模式示意圖。

相關研究成果由哈爾濱理工大學材料科學與化學工程學院Xiaoyu Chu等人于2022年發表在Materials Today Energy (https://doi.org/10.1016/j.mtener.2022.100963)上。原文：Improved visible-light activities of ultrathin CoPc/g-C₃N₄ heterojunctions by N-doped graphene modulation for selective benzyl alcohol oxidation。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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