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

ISSN: 1385-8947

2021年影響因子（zǐ）：13.273

分區信息：中（zhōng）科院1區Top；JCR分（fèn）區（Q1）

涉及研究方向：工（gōng）程技術-工程：化工

4. 作者信息：侯建華（第一作者），侯（hóu）建華（第一通訊（xùn）作者）；胡傳剛（第二通訊（xùn）作者），Rajib Paul（第三（sān）通訊作（zuò）者），均來自揚州大學。

5. 光（guāng）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光催化評價係統；

文（wén）章簡介：采用一步乙醇蒸（zhēng）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（tóng）時它是一種具有N缺陷和C摻雜的（de）材（cái）料。這種方法通過將吸收邊緣延伸到整（zhěng）個可見（jiàn）光區，可以（yǐ）大大增加g-CN-X的光吸收，並且g-CN-X（1.82-2.48 eV）的能隙可以通過缺陷工程（chéng）按需調節（jiē）。此外，N空位和（hé）C摻雜（zá）的g-CN-X為激子解離成自由電荷提供了（le）動力，在光催化過程中（zhōng）實現了（le）有效（xiào）的空（kōng）間分（fèn）離。g-CN-X材料特殊的手風琴三維結（jié）構和表麵缺陷性質提供了更多（duō）的活性位點，提高了（le）電荷分離效率，延（yán）長了電荷壽命，並且顯著提高（gāo）了其（qí）光氧化（huà）還原性能。

優化後的（de）的析氫速（sù）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CO2光還（hái）原活性增強，CO的（de）演化（huà）速率（lǜ）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，降解效果（guǒ）仍不衰減。

綜合表征（zhēng）和理論計算表明，光催化性能的增（zēng）強是由比表（biǎo）麵積的增加、N缺陷和C摻雜的雙重功能以（yǐ）及三維手（shǒu）風琴結構引（yǐn）起的，且該材（cái）料（liào）產率高，有利於工業化應用。

我們一致認為本文的創新之處（chù）有（yǒu）以下幾點：

1. 含N空位和摻雜（zá）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（tǐ）氮化碳（tàn）的28.6倍（bèi）。

4.雙缺陷位點啟動電（diàn）荷密度（dù）調（diào）製以增強光吸收。

圖1和圖2顯示我們開發了一種利用碳氫化合物和蒸汽（qì）的協同效應，通（tōng）過（guò）調節水和乙醇的比例來（lái）選擇性地蝕（shí）刻C/N原子的技術。乙（yǐ）醇的水蒸（zhēng）氣重整反應實際上會釋（shì）放出更多的H2、CO2和CO氣（qì）體插入塊狀g-CN的層隙中。

我們已經證明，這種方（fāng）法不僅（jǐn）可以通（tōng）過釋放H2O、CO、NO和H2氣泡來產生少層的g-CN納米片，而且還可以在g-C3N4晶格中（zhōng）引入可調缺陷，提供均勻分布（bù）的氮空位和C摻雜的手風琴式的三維層狀結構，以實現高效的光催化CO2轉（zhuǎn）化（huà）為CO和（hé）CH4（226.1 µ mol h-1 g-1 CO和4.0 µ mol h-1 g-1 CH4）以及光催化產（chǎn）H2（5wt%的Pt為27.6 mmol h-1 g-1），性（xìng）能優於以前的報告。通過詳細分析，增強的光催化活性可歸因於增大的表麵積、高效的光吸收以及通過缺陷工程實現的（de）低電荷重組，這為綠色能源生產和回（huí）收帶來了巨大（dà）的前（qián）景。

從圖3可以看出，即使在沒有Pt的情況下，g-CN-10的產氫速率也（yě）高達0.6 μ mol h-1 g-1，在加入最佳的5wt%的Pt後，產（chǎn）氫速率高達27.6 μ mol h-1 g-1，是沒（méi）有Pt的46倍。在420 nm處，g-CN-10的表觀量子產率（AQY）達到約9.1%。光（guāng）催化二氧化碳還原實（shí）驗顯示出與氫氣生產類似的（de）趨勢。如圖2-9c所示（shì），光催化劑將CO2轉化（huà）為CO和CH4，對CO的（de）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%。

正如預期的那樣，g-CN-10催（cuī）化劑獲得了令人滿意的226.1μ mol h-1 g-1的CO演化值，分別比bulk-g-CN和g-CN-0高28.6和32.3倍。可以看出，g-CN-5表現出（chū）類似g-CN-10的性能，比g-CN-2.5和g-CN-20高得多，這（zhè）歸因於g-CN-X中適當含量的N缺陷和（hé）C摻雜的雙（shuāng）重效應。與過去報（bào）道的文獻也（yě）進行了相應的對比，如表2-4和2-5。過量的（de）乙醇給g-CN-20帶來了過多的缺（quē）陷工程，這將阻礙光誘導的（de）電子和空穴的重組，阻礙了光催（cuī）化過程（chéng）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（zǔ）裝的（de）新型折疊三維（wéi）分層結構可以獲得更大的SBET，增強了足夠的光吸收和高效的傳質。例如，g-CN-10的SBET（140.9 m2/g）約為bulk-g-CN（14.3 m2/g）的（de）10倍。此外，由於納米片具有折疊的三維層次結構，入（rù）射光的（de）多次反射縮短（duǎn）了載體遷移到表麵的路徑。

（2）通過N缺（quē）陷和摻雜C的雙（shuāng）重作用，階梯式的吸收覆蓋了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（jiě）離，大（dà）大提高了載流子的利用率。（4）通過C摻雜（zá）和N缺陷同時引入（rù）豐富的不飽和位點，誘導相（xiàng）鄰g-CN-10層之間的C-N相（xiàng）互作用，進一步提高光生載體的激發和傳（chuán）輸效率。基於上述優勢的協同（tóng）作用（yòng），更多（duō）的光誘導電子通過寬吸收響應被激（jī）發（fā），導致光誘導的空穴和電子分（fèn）別聚集在（zài）g-CN-X的價帶和沉積碳（tàn）的表麵（miàn），不僅實現了有效（xiào）的空間（jiān）分離，而且實現了高效的光（guāng）催化過程。

小結：總之，通過使用（yòng）不同濃（nóng）度的乙醇蒸汽策略，製備了具有豐富N空（kōng）位和C摻雜的薄納米片的手風（fēng）琴式三維結構g-CN-X。該方（fāng）法具有價格便宜，產率高等優（yōu）點。g-CN-X的能隙（1.82-2.48 eV）可以通過這（zhè）種策略進行（háng）精確調整。它甚至可以通過缺（quē）陷工程吸收整個可見光區域（yù），成為一種有效的光（guāng）催化材料。電子在N空位和C摻雜附近為激子解離（lí）成自由電荷提供了驅動力（lì），它（tā）實現了有效的空間分（fèn）離以實現高效的光催（cuī）化過（guò）程。新穎的手風琴式三維結構g-CN-X與缺陷工（gōng）程相（xiàng）結合，使更多的電子通過廣泛的吸收反（fǎn）應和高比表麵（miàn）被光（guāng）激發，這協同促進（jìn）了高效的光催（cuī）化。這一特點不僅對研究（jiū）表麵缺陷工程的（de）基本（běn）化學性質有重（chóng）要影響，而且（qiě）對開發各種（zhǒng）相關應用的納米材（cái）料也有啟示