通过空位工程和含有砜基的分子接枝技术构建碳氮化物供体-受体结构，以实现光催化二氧化碳还原

《ChemSusChem》：Constructing Carbon Nitride Donor–Acceptor Structures by Vacancy Engineering and Sulfone-Containing Molecule Grafting for Photocatalytic CO2 Reduction

　　

摘要

碳氮化物（CN）由于其可控的结构和较低的制备成本，在光催化CO₂还原领域受到了广泛关注。然而，它存在光生载流子严重复合以及π共轭系统强局域化的现象，导致其光催化性能不佳。尽管缺陷工程可以通过破坏CN的周期性结构来增强电荷分离，但π电子的离域仍然受到限制。同时，构建含有共轭π系统的供体-受体（D–A）结构可以扩展电子离域并促进电荷转移。在本研究中，通过引入碳空位并接枝含有砜基团的吸电子分子，我们制备了具有分子内D–A结构（V_C–DSDA）的光催化剂，其中砜基团将富电子的三嗪环连接起来，从而促进定向电荷转移。密度泛函理论（DFT）计算表明，缺陷工程与D–A结构的协同作用破坏了CN的周期性结构，并扩展了π电子的离域范围，显著提高了光生电荷的分离效率。优化后的5% V_C–DSDA的光催化剂表现出高达35.57?μmol?g^?1?h^?1的CO生成速率，这是原始CN和经过缺陷修饰的CN的6.4倍和2.6倍。本文展示了一种通过缺陷工程和分子接枝来设计高性能CN光催化剂的双重调控策略。

图形摘要

基于原始CN合理设计了一种新型光催化剂（V_C–DSDA），该催化剂同时具有碳空位和供体-受体（D–A）结构，从而协同增强了电荷转移效率，进而提高了光催化CO₂还原的性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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