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Chem. Eur. J. :氮掺杂碳纳米管包覆AgCl/Pd催化剂电子结构调控及其光催化活性研究


江苏师范大学沙琳娜博士、韩锡光教授课题组和浙江工业大学庄桂林教授课题组通过配位-负载-原位煅烧策略构筑出具有扇形结构的氮掺杂碳包覆AgCl/Pd结构(AgCl/Pd@N-C)。AgCl/Pd@N-C界面处独特的电子结构为光生载流子的分离提供了有效通道,使其表现出高效的光催化性能。

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图1 (a) AgCl/Pd@N-C催化剂合成示意图,AgCl/Pd@N-C的(b)透射和(c)高分辨透射电镜图,(d-i) AgCl/Pd@N-C的EDX元素分布图。

亚胺及其衍生物是生物、制药、农业等领域非常重要的一类中间体,其不仅广泛存在于具有生理和药物活性的化合物和天然产物中,也是构成一些生物体和生命活动不可缺少的物质。当前,光催化合成亚胺被认为是绿色和可持续的策略之一。AgCl作为高效的半导体催化剂常用于光催化有机物转换,但光生电子和空穴分离效率较低、导电性和稳定性差严重限制了其实际应用。因此如何构筑高效的光催化剂成为光催化领域研究的热点和难点。


界面结构的调控有助于改善催化剂的电子结构,从而加速光生载流子的分离,提高催化剂的光催化活性。贵金属作为电子受体,通过将贵金属负载在半导体AgCl上,半导体上的电子可以迁移到贵金属表面,避免电子-空穴复合,从而提高光生载流子的分离效率。但催化剂较小的比表面积限制了目标分子与光生载流子的反应。此外,贵金属累积产生的大量光生载流子,如果不及时的导出,容易导致光腐蚀。氮掺杂的碳材料具有较高的导电性和电子迁移率,与半导体光催化剂耦合,可以进一步促进光生载流子的分离,改善光生电子-空穴对高复合的这个缺点。此外,高比表面积的氮掺杂碳材料不仅为光生载流子与目标分子充分接触和反应提供了平台,同时还有效抑制了光催化剂的光腐蚀现象,从而提高了光催化剂的稳定性。


基于上述考虑,江苏师范大学沙琳娜博士、韩锡光教授课题组和浙江工业大学庄桂林教授课题组采用先配位,再负载后原位煅烧的策略合成出了氮掺杂碳包覆AgCl/Pd异质结构(AgCl/Pd@N-C)。独特的扇形中空结构不仅提供为光催化过程提供了大量活性位点,同时为离子和电子的扩散提供了有效通道。此外,理论计算结果证明通过对AgCl/Pd异质结构界面处的电子结构进行调控可以增加光生载流子的数量,同时提高光生电子和空穴的分离效率。因此,在蓝光下,AgCl/Pd@N-C催化剂在光催化氧化合成亚胺上表现出优异的活性和稳定性。该研究工作为制备高效的光催化剂提供了新的思路和方法。

文信息

Immobilization of AgCl/Pd Heterojunctions on Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes: Interfacial Design-Induced Electronic Regulation Enhances Photocatalytic Activity

Hao Gao, Huade Liu, Cunbiao Lin, Dr. Linna Sha, Yun Yang, Prof. Guilin Zhuang, Prof. Xiaojun Wang, Wenwen Zhan, Prof. Xiguang Han


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202202433




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