增强g-C3N4@BN范德华异质结界面上的三重态电子转移增强光催化合成H2O2

吴琦; 王长华; 李莹莹; 张昕彤

物理化学学报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (09) : 154 -165.

增强g-C₃N₄@BN范德华异质结界面上的三重态电子转移增强光催化合成H₂O₂

吴琦, 王长华, 李莹莹, 张昕彤

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摘要

范德华异质结因其优异的电荷分离能力和在调节电子特性方面的显著灵活性而展现出卓越优势。本研究探讨了二维/二维（2D/2D） g-C₃N₄@BN范德华异质结在光催化合成过氧化氢（H₂O₂）中的潜在应用。基于该异质结，我们深入研究了三重态激子与单线态氧之间的能量转移过程，强调了催化剂结构对电荷分离和三重态电子稳定生成的重要性。通过构建电荷转移路径，异质结内的内置电场有效驱动了电荷载流子的定向迁移，显著延长了其寿命。我们采用了两种修饰策略来调控催化剂的激发态电子特性，包括调整层间排列以增强电荷传输能力，以及卤素修饰以提高材料的光响应性。实验验证表明，与CN相比，代表性的氯化-CN@BN有效抑制了激子复合，将激发态载流子的寿命延长了3.52倍。此外，H₂O₂的光催化产率提高了2.73倍。本研究为开发新型光催化剂提供了理论基础，并启发了从氧气直接合成H₂O₂的催化剂设计。