离子极化工程调控聚合物氮化碳框架结构实现双氧水高效人工光合成

谢垚; 李双军; 陈超; 樊思宇; 陶英; 张启涛

物理化学学报 ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (5) : 42 -57.

谢垚, 李双军, 陈超, 樊思宇, 陶英, 张启涛

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摘要

熔盐极化技术利用高温熔盐中的离子相互作用，成为一种强大但尚未充分开发的结构工程策略。该技术能实现对聚合氮化碳（PCN）的精确结构调控，为提升光催化H₂O₂合成效率提供了新思路。本研究通过调控LiCl/KCl熔盐比例，成功构建了两种不同晶相结构：以七嗪单元为主的LKCN-0.95和七嗪-三嗪给受体（D-A）结结构的LKCN-0.2。结合实验与理论分析发现，富Li⁺熔盐体系促进高度有序七嗪骨架形成，而K⁺主导体系则有利于三嗪单元的引入。优化后的七嗪主导结构和七嗪-三嗪结结构分别展现出27倍和42倍的光合成H₂O₂性能提升(3.3和5.2 mmol L^-1 h^-1)，较原始PCN(0.12 mmol L^-1 h^-1)显著提高，并保持五个循环的优异稳定性。机理研究表明，结构调控可增强电荷分离效率并优化氧吸附/活化过程，从而促进选择性2e^-氧还原反应。该工作不仅深化了对熔盐驱动结构演变的理解，更为设计高效太阳能驱动H₂O₂人工光合成催化剂提供了可规模化制备的新方法。