1. 文章信息

標（biāo）題：Defect engineering in polymeric carbon nitride with accordion structure for

efficient photocatalytic CO2 reduction and H2 production

頁碼：Chemical Engineering Journal, 2022, 450, 4, 138425.

DOI：doi.org/10.1016/j.cej.2022.138425

2. 文章鏈接（jiē）

ScienceDirect專用鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722039080

3. 期刊信息

期刊名：Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J.)

ISSN: 1385-8947

2021年影響因（yīn）子：13.273

分區信息：中科院1區Top；JCR分區（Q1）

涉（shè）及研究方向：工程技術-工程：化（huà）工

4. 作者信息：侯建華（第（dì）一作者），侯（hóu）建華（第一通訊作者）；胡傳剛（第二通訊作者（zhě）），Rajib Paul（第三通訊作者），均來自（zì）揚（yáng）州大學。

5. 光源型號：北京香蕉视频污视频CEL-HXF300（300 W氙燈，可見光範圍）;CEL-PAEM-D8plus光催化（huà）評價係統；

文章簡介：采用一步（bù）乙醇蒸汽法製備了由納米薄片組裝而成的具有三維手風琴狀結構的石墨相氮化碳g-CN-X，同時它是一種具有N缺陷和（hé）C摻雜的材料（liào）。這種方法通（tōng）過將吸（xī）收邊緣延伸到整個可見光區，可以大大增加g-CN-X的光吸收，並且g-CN-X（1.82-2.48 eV）的能隙可（kě）以通過（guò）缺陷工程按需調節。此外（wài），N空（kōng）位和C摻雜的g-CN-X為激子解離成自由電荷提供了動力，在光催化過程中實現了有效的空間（jiān）分離。g-CN-X材料（liào）特殊的手風琴三維結構和（hé）表麵缺陷性質提供了更多的活（huó）性位點，提高了電荷分（fèn）離效率，延長了電荷壽命，並且顯著提高了其（qí）光氧化還原性能。

優化後的的析（xī）氫速率為27.6 m mol h-1 g-1，是bulk-g-CN的16.2倍，在420 nm處的量子產率為9.1%。並且其（qí）CO2光（guāng）還原活性增強（qiáng），CO的演化速率為226.1 μ mol h-1 g-1，遠高於bulk-g-CN（7.9 μ mol h-1 g-1），提高了28.6倍。改性後的光催化劑（g-CN-10）降解RhB的速率是bulk-g-CN的3.75倍，降解速度有效提高，並且經過五次循環實驗後（hòu），降解效（xiào）果仍不衰減。

綜合（hé）表征和理（lǐ）論計算表明，光催化性能的增強是（shì）由比表麵積的增加、N缺陷和C摻雜（zá）的雙重功能以及三維手風琴結構引起的，且該材料（liào）產率高，有（yǒu）利於工業化應用。

我們一致認為（wéi）本（běn）文的創新之處有以下（xià）幾點：

1. 含N空位和摻雜C的手風琴結構氮化碳；

2. 具有27.6 mmol h-1g−1光催化析氫速率和9.1%量子產率；

3. 光還原CO2 成CO速率為226.1 μmol h-1g−1，是塊體氮化碳的28.6倍。

4.雙缺陷位點啟動電荷密度調製以增（zēng）強光吸收。

圖1和圖2顯示我們（men）開（kāi）發了一種利用碳氫化（huà）合物和蒸汽的協同效應，通過調節水和乙醇（chún）的比例來（lái）選擇性地蝕刻C/N原子的技術。乙醇的水蒸（zhēng）氣重整反應實際上會釋放出更多的H2、CO2和（hé）CO氣體插入塊狀g-CN的層隙中。

我們已經證明，這種方法不僅可以通過釋放H2O、CO、NO和H2氣泡來產生少層的g-CN納米片，而且還（hái）可以在g-C3N4晶格中引入可調缺陷，提供均（jun1）勻分布的氮空位和C摻雜的手風琴式的三維層狀結構，以實現高效（xiào）的光催化CO2轉化為CO和CH4（226.1 µ mol h-1 g-1 CO和4.0 µ mol h-1 g-1 CH4）以及光催化（huà）產H2（5wt%的（de）Pt為27.6 mmol h-1 g-1），性能優於以前的（de）報告。通過詳細（xì）分（fèn）析，增強的光催化（huà）活性可歸因於增大的表麵積、高效（xiào）的光吸收以及通過缺陷工程實現的低電（diàn）荷重組，這為綠色能源（yuán）生產和回收帶（dài）來了巨大的前景。

從（cóng）圖3可（kě）以看（kàn）出，即使在沒有Pt的情況（kuàng）下，g-CN-10的產氫速率也（yě）高（gāo）達0.6 μ mol h-1 g-1，在加入最佳的5wt%的Pt後，產氫速率高達27.6 μ mol h-1 g-1，是沒有Pt的46倍。在420 nm處，g-CN-10的表觀量（liàng）子產（chǎn）率（AQY）達到約9.1%。光催化二氧化碳還原實（shí）驗顯示出與氫氣（qì）生產類似的趨勢。如圖2-9c所示，光催（cuī）化劑將CO2轉（zhuǎn）化（huà）為（wéi）CO和CH4，對CO的選擇性高達98%的g-CN-X (X>0)，這高於bulk-g-CN的88%和g-CN-0的82%。

正如預（yù）期的那樣，g-CN-10催化劑獲得了（le）令人（rén）滿意的（de）226.1μ mol h-1 g-1的CO演化值（zhí），分別比bulk-g-CN和g-CN-0高28.6和（hé）32.3倍（bèi）。可以看出，g-CN-5表現出類似g-CN-10的性能，比g-CN-2.5和g-CN-20高得多，這歸因於g-CN-X中適當含量的N缺陷和C摻雜的雙重效應。與過去報（bào）道的文獻（xiàn）也進行了相應的對（duì）比，如表2-4和2-5。過量的乙醇給g-CN-20帶來了過多的缺（quē）陷工程，這將阻礙光（guāng）誘導的電（diàn）子和（hé）空穴（xué）的重組，阻礙了光催化過程的進行。

圖4顯示g-CN-X（即g-CN-10）性能的提高可能有以下主要原因：（1）納米片組裝的新型折疊三（sān）維分層結構可以獲得更大的SBET，增強了足夠的光吸收和高效（xiào）的傳質。例如，g-CN-10的SBET（140.9 m2/g）約為bulk-g-CN（14.3 m2/g）的10倍。此外，由於納米片具有折疊（dié）的三維層次（cì）結（jié）構，入射光的多次反射縮短（duǎn）了載體遷移到表麵的路徑（jìng）。

（2）通過N缺陷和摻雜C的雙重作用，階梯式的吸收覆（fù）蓋了g-CN-10的整個可見光區域，與bulk-g-CN（帶隙為2.46 eV）和g-CN-0（帶（dài）隙為2.48 eV）相比，其光吸收範圍得到了加強。（3）g-CN-10中豐富的N空位可調節激子解離，大大提高了載流子的利用率（lǜ）。（4）通過C摻雜和N缺陷同時引（yǐn）入豐富的不飽和位點，誘（yòu）導相鄰g-CN-10層之間的C-N相互作用，進一步提高光生載（zǎi）體的激發和傳輸效率。基（jī）於上述優勢的協同作用，更多的光誘導電子（zǐ）通過寬吸收響應被激發，導致光誘導的空穴和電子分別聚集在g-CN-X的價帶和沉積碳（tàn）的表麵，不僅實（shí）現了有效的空間分離，而且實現了高效的光催化過程（chéng）。

小結：總之（zhī），通（tōng）過使（shǐ）用不同濃度的乙醇蒸汽策略，製備（bèi）了具有豐富N空位和C摻雜的薄納米片（piàn）的手風琴式三維結構g-CN-X。該方法具有價格便宜，產率高等優點。g-CN-X的能隙（1.82-2.48 eV）可以通過（guò）這種策略進行精（jīng）確調整。它甚至（zhì）可以通過缺陷工程吸收整個可見光區域，成為（wéi）一種有效的（de）光催化材料（liào）。電子在（zài）N空位和C摻雜附近為（wéi）激子（zǐ）解離成自由電（diàn）荷提（tí）供了驅動力，它實現了有效的空間分離以實（shí）現高（gāo）效的光催（cuī）化過程。新穎的手風琴式三維結構g-CN-X與缺陷工程相結合，使更多（duō）的電子通（tōng）過廣泛的吸收反應和高（gāo）比表（biǎo）麵（miàn）被光激發，這（zhè）協同促（cù）進了高效的光催化。這（zhè）一特點不（bú）僅對研究表麵缺陷工程的基本化學性質（zhì）有重要影響，而且對開發各種（zhǒng）相關應用的納米材（cái）料也有啟示（shì）