2D氮化碳:通过调节非金属硼掺杂C_(3)N_(5)阐明宽酸性及碱性pH范围的光催化析氢的反应机理

作     者：Sue-Faye Ng 陈星竹 Joel Jie Foo 熊墨 Wee-Jun Ong Sue‐Faye Ng;Xingzhu Chen;Joel Jie Foo;Mo Xiong;Wee‐Jun Ong

作者机构：厦门大学马来西亚分校能源与化学工程学院马来西亚雪兰莪 厦门大学马来西亚分校纳米能源与催化技术卓越中心(CONNECT)马来西亚雪兰莪 KAUST催化中心阿卜杜拉国王科技大学沙特阿拉伯吉达 西安交通大学物理学院教育部物质非平衡合成与调控重点实验室陕西西安710049 固体表面物理化学国家重点实验室厦门大学化学化工学院福建厦门361005 厦门大学深圳研究院广东深圳518057 厦门大学古雷石化研究院福建漳州363216 

出 版 物：《Chinese Journal of Catalysis》 (催化学报（英文）)

年 卷 期：2023年第47卷第4期

页      面：150-160页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：马来西亚高等教育部(MOHE)“基础研究基金”(FRGS/1/2020/TK0/XMU/02/1) 马来西亚科学、技术和创新部(MOSTI)"战略研究基金"(SRF-APP,S.22015) 国家自然科学基金委(22202168) 广东省基础与应用基础研究基金(2021A1515111019) 厦门大学马来西亚分校研究基金(IENG/0038) 厦门大学马来西亚分校的启动资助(ICOE/0001,XMUMRF/2021-C8/IENG/0041,XMUMRF/2019-C3/IENG/0013) 

主　　题：氮化碳 同素异形体 析氢反应 密度泛函理论 酸性介质 碱性介质 光催化 

摘      要：太阳能驱动水裂解产氢是一种绿色能源技术,用于制备可再生和零碳排放燃料以实现可持续能源生产.近期,氮化碳(g-C_(3)N_(4))同素异形体C_(3)N_(5)的出现克服了g-C_(3)N_(4)的固有缺点,如光生载流子快速复合和可见光吸收差,而导致极低的光催化效率.本文将硼掺杂剂通过原子替换或间隙掺杂的方式引入到C_(3)N_(5)体系中,并利用密度泛函理论对纯C_(3)N_(5)和硼掺杂C_(3)N_(5)体系进行计算,考察了硼原子对C_(3)N_(5)电子和光学性能的影响以及其催化析氢反应(HER)机理.热力学计算结果表明,硼原子掺杂在C_(3)N_(5)体系中是可行且有利的.在N_(3)位氮原子被硼原子取代(BN_(3)-C_(3)N_(5))后,带隙(0.6 e V)变窄.与纯C_(3)N_(5)相比,硼掺杂剂通过Volmer Tafel和Volmer Heyrovsky机制降低了酸性和碱性介质中HER反应中决定步骤的反应能垒.BN_(3)-C_(3)N_(5)表面的氢吸附吉布斯自由能(0.11 e V)与Pt/C催化剂(-0.09 e V)相当.综上,非金属掺杂碳可提高氮化物的催化性能,对未来该方向研究提供一定借鉴.