10人携手发表【Nano Energy】单分散金属位点助力高效制备H2O2！

作者：庄春强等

单位：北京工业大学

研究内容

单分散金属位点通常被认为是决定催化剂高催化活性和选择性的活性中心。目前在光催化过程中，对单分散金属位点的作用机制进行准确的描述仍是行业的一个挑战。基于此，北京工业大学的庄春强等人研究展示了单分散金属位点在光催化剂中的新作用，在该体系中，单分散Al金属位的引入使氮化碳的导带向其价带方向移动，缩小了电子迁移的潜在障碍。同时，对能带边缘的分析表明单分散Al金属位在碳氮化物网络之间起到了桥梁作用，促进了载流子的有效分离。此外，这种催化剂体系还表现出超高的光催化过氧化氢产量，这为理解单分散金属位点在高效催化反应中的重要作用提供了新的视角。

研究要点

研究证明碳氮化物中的单分散Al金属对改善光催化H₂O₂产物起着关键作用。这些金属位点不是传统认为的活性中心，而在于调节氮化碳中CBM和VBM的电荷密度分布，实现电子与空穴的有效空间分离。

密度泛函理论(DFT)计算表明，Al金属位点隔离了氮化碳层，建立了不同的电子转移通道，从而实现了载流子的快速分离。

图1. 微观结构表征

图2. 活性位点和电荷转移动力学

图3. DFT计算单分散Al位点的角色识别

图4. 光催化过氧化氢产率

图5. 光催化机理

参考文献：

Monodispersed aluminum in carbon nitride creates highly efficient nitrogen active sites for ultra-high hydrogen peroxide photoproduction；

文献原文：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108225；

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