基于分子水平调控的供体-π-受体型石墨相氮化碳光催化体系的制备及其高效生产H₂O₂

摘要

供体-π-受体（D-π-A）共轭聚合物是一类新兴材料，其结构特征为交替排列的电子供体（D）、π桥（π）和电子受体（A）单元，在增强可见光吸收及优化电荷分离与再分布方面展现出显著潜力。为克服石墨相氮化碳（g-C₃N₄）的局限性并发挥D-π-A体系的结构优势，本研究通过精确的分子水平调控，设计合成了一系列4-芳香胺衍生物修饰的g-C₃N₄光催化剂，以实现特定的局域电子离域化。该策略可系统研究电子离域程度与光催化H₂O₂生成之间的构效关系。此外，调控电子离域的吸电子诱导效应显著增强了光生电子向表面活性位点的转移效率。最优催化剂表现出卓越的H₂O₂生成性能，其产率是原始g-C₃N₄的30.44倍。机理研究表明，D-π-A型g-C₃N₄的光催化H₂O₂生成主要通过双电子氧还原反应（ORR）路径实现。

关键词

光催化 / g-C₃N₄ / D-π-A结构 / 超分子自组装 / H₂O₂生产

基金资助

国家自然科学基金(22008185,21872023); 陕西省重点研发计划(2022GY-166,2024SF-YBXM-593); 陕西省教育厅青年创新团队研究计划项目(24JP072);陕西省教育厅科研计划项目(23JC033); 西安市科技计划项目(24GXFW0021)资助