光催化是一種環境友好、綠色可持續的H2O2生產技術。通過一種簡單的靜電自組裝方法制備了Ti3C2量子點修飾缺陷反蛋白石g-C3N4（TC/CN）。所得催化劑在可見光照射下， H2O2的產率達到560.7μmol g-1h-1，是bulkCN的9.3倍。活性提升主要歸因于TCQDs和g-C3N4中碳空位之間的定向誘導鍵合，其界面處形成的肖特基結可以進一步實現光生電子和空穴的空間分離，**地避免了缺陷位置載流子的復合。此外，這種定向介導的方法還適用于貴金屬Au和Pt納米顆粒與氮化碳的定向耦合。相同負載量下，所制備的TC/CN光催化產H2O2的活性分別是Pt/CN和Au/CN的2.5倍和4.7倍。

圖1 TC/CN的合成路線圖

如圖1所示，TC/CN的合成包括使用Ti3AlC2作為前驅體通過自上而下的方法合成的TCQDs和通過硬模板法制備的IOCNCV。最后，表面帶正電的IOCNCV和帶負電的TCQDs通過靜電自組裝組合為TC/CN。

圖2  Bulk CN, IOCNCV和TC/CN-20.的(a) Ti 2p, (b) C 1s, (c) N 1s and(d) O 1s XPS譜圖

通過XPS圖譜分析可知，氮化碳中的碳原子從高溫流動的Ar氣中獲得能量并從3-s-三嗪環中逸出，導致在IOCNCV中出現碳空位，不飽和氮原子上孤對電子與Ti原子的未被占據的d軌道相互作用，**形成穩定的Ti-N連接狀態。

圖3 (a)不同催化劑光催化產H2O2效果圖；(b) TC/CN-20的循環穩定性圖；（c）不同催化劑的對1mM H2O2的光催化分解圖；（d）不同催化劑的一級反應動力學常數圖。

在可見光（λ>420nm）照射下，以乙醇為電子供體，對TC/CN系列催化劑在O2飽和的水溶液中進行了光催化產H2O2的活性測試。如圖5a所示，TC/CN-20的光催化產率達到了560.7μmol L-1，是Bulk CN（60.8μmol L-1）9.3倍。循環穩定性測試如圖5b所示。在六個循環后H2O2的產率保持基本保持不變。同時分析了催化劑對1mM H2O2的光催化分解效應，由于出色的光生電子和空穴分離與遷移效率，TC/CN-20（47%）也表現出比BulkCN (3.8%)更高的分解效率，通過一級動力學計算可知，TC/CN系列催化劑促進H2O2生產趨勢遠大于分解，綜上所述，TC/CN-20在綠色可持續生產H2O2應用上的巨大潛力。

圖4 (a) Au/CN, Pt/CN, TC/CN-20和IOCNCV的EPR圖譜；(b) 不同催化劑光催化產H2O2效果圖；(c) IOCNCV和(d) TC/CN-20光生電子和光生空穴的路徑圖。

如圖4a，4b所示，作者分析了碳空位在肖特基結催化劑制備上的作用。碳缺陷介導的方法同樣適用于貴金屬納米顆粒，然而，相同負載量下貴金屬催化劑產H2O2的活性遠不如TC/CN-20，這一優勢使TC/CN-20具有更大的實際應用潛力。此外，對比了不具有碳缺陷的TC/CNAir-20催化劑。由于TCQDs與IOCN之間不充分的接觸導致其活性也遠不如TC/CN-20。在此基礎上，作者提出了光生載流子遷移機制。如圖4c所示，當C原子被逃逸時，C-N和C=N發生斷裂后形成電子捕獲阱——碳空位，然而，大多數被捕獲的電子由于無法及時轉移而重新與空穴復合，導致光催化活性較差。TCQDs的引入給被捕獲的光生電子提供了一條轉移途徑。使得大量光生電子從IOCNCV轉移到TCQDs，而后參與光催化H2O2的合成。

圖5 TC/CN-20和IOCNCV的 (a)禁帶寬度，（b）XPB-VB，（c）UPS計算，（d）DMPO-?O2–捕獲實驗中的EPR圖譜; (e) TC/CN-20肖特基結光催化機理圖。

進一步通過能帶計算提出TC/CN肖特基結光催化的可能機理。對于n型半導體材料IOCNCV和導體材料 TCQDs的功函數分別為4.48eV和6.28eV，當它們緊密接觸后，光激發產生電子從IOCNCV的價帶躍遷到導帶，并進一步流向費米能級更低的TCQDs上，直至兩者的達到平衡。與此同時，IOCNCV與TCQDs作用的界面聚集電子形成空間電荷區，導致能帶向上彎曲并形成肖特基勢壘。這可以**地防止光生電子回流，從而與表面吸附的O2分子發生還原反應產生?O2–，?O2–再進一步和光生電子和質子氫反應生成大量的H2O2。

西安齊岳生物提供零維/一維/二維/三維四個分類來提供幾十個產品分類和幾千種納米材料產品，材料的材質包含金屬納米材料和非金屬納米材料以及他們的氧化物或碳化物及復合定制材料等等，產品粒徑從5納米-2000納米均可選擇。

相關產品列表

ZnO-CuO 復合材料形成的三維反蛋白石(3D IO)結構

反蛋白石結構堿性氮聚合物@MOF

反蛋白石型光子晶體的大孔結構

卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶體（TPP-SiO2IOPCs）

反蛋白石結構溫度感應材料

反蛋白石結構碳質材料

黑色Ti O2介孔納米圓球和反蛋白石結構

黑色Ti O2反蛋白石結構

還原氧化石墨烯(rGO)復合的三維反蛋白石材料(IO-SnO2/rGO)

ZnO量子點與TiO2反蛋白石復合結構

多孔有序的Ni摻雜的TiOz反蛋白石光子晶體

Co離子摻雜的 GO-TiO2反蛋白石光子晶體

具有自修復功能的反蛋白石光子晶體水凝膠

反蛋白石結構碳基體

稀土離子摻雜磷酸鹽反蛋白石光子晶體

稀土摻雜的Bi2WO6納米粉和Ba TiO3反蛋白石光子晶體

三維反蛋白石Sn02和Sn02/rGO復合微球

氧化鋅反蛋白石大孔結構的框架表面修飾Ag_2S納米粒子(NPs）

離子液體摻雜聚苯胺 (IL-PANI)的反蛋白石膜

二氧化鈦摻雜釤的反蛋白石結構光子晶體

反蛋白石結構氧化鈰碳復合材料

SnO2/GeO2反蛋白納米復合物

反蛋白石結構MnO2材料

大孔形態反蛋白石（IO）結構的GeO2

反蛋白石結構的g-C3N4

多級孔碳摻雜反蛋白石結構Co3O4

聚甲基丙烯酸酯凝膠(GelMA)反蛋白石光子晶體骨架

Ti3C2量子點修飾缺陷反蛋白石g-C3N4（TC/CN）

金屬有機反蛋白石結構光子晶體

絲素蛋白反蛋白石材料

一種聚苯胺反蛋白石/納米纖維氈復合膜

反蛋白石結構光催化剪裁石墨烯

反蛋白石結構光子晶體塑料薄膜

乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯復合蛋白石結構光子晶體材料

反蛋白石氧化鋅復合材料

有序介孔TiO2組成的反蛋白石結構

三維WO3反蛋白石結構光子晶體

基于Ga摻雜三維反蛋白石結構

柔性PMMA反蛋白石結構薄膜

三維WO3/BiVO4/Co-Pi反蛋白石結構光子晶體

蛋白石結構或反蛋白石結構碳點光子晶體

二維反蛋白石（IO）結構化的SnO2（IOS）和SnO2-TiO2復合材料（IOST）

聚（離子液體-甲基丙烯酸甲酯）共聚物反蛋白石光子晶體膜

納米晶GeO2反蛋白石

聚離子液體反蛋白石光子晶體

三維金屬氧化物反蛋白石結構光子晶體

鎳摻雜鈦基反蛋白石結構材料

三維ZnO反蛋白石結構光子晶體

反蛋白石多孔狀結構LiFePO4

核殼結構TiO_2/Ag反蛋白石

ZnO@ZIF-8反蛋白石結構復合材料

甲基丙烯酸/丙烯酰胺雙單體共聚反蛋白石光子晶體

zzj 2021.3.30