Angew. Chem. :聚七嗪酰亚胺钠的结晶性及光化学稳定性

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光催化技术是解决当前能源与环境问题的潜在手段,研发高效光催化剂是光催化技术应用的前提。2009年发现的聚合氮化碳(PCN)具有诸多优势,引起广泛关注,但材料结晶性差,故结晶型氮化碳(如聚七嗪酰亚胺(PHI))逐渐被重视,且PHI确实呈现远高于PCN的光催化水分解产氢活性。


PHI一般通过离子热(低共熔盐中缩聚)合成,结构中残留金属离子(如K+和Na+),故PHI可表示为PHI-K和PHI-Na。近些年研究发现,非熔融盐(如NaCl)中也可合成PHI-Na,且所形成纳米片更薄,但材料结晶度不高,限制了光催化活性的提升,需改进合成方法,提高PHI-Na超薄片的结晶度。


另外,PHI-K和PHI-Na在水相中会发生金属离子流失(如PHI-Na + H2O → PHI-H + Na+ + OH),但其对材料光催化活性的影响却鲜被研究。



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近日,山东大学李海平副教授和侯万国教授团队,通过溶解-蒸发和球磨联合处理三聚氰胺与NaCl混合物并煅烧,合成了高结晶性PHI-Na超薄片,光催化水分解活性显著提升,但呈现明显的光化学不稳定性。


联合处理三聚氰胺/NaCl混合物,可增大三聚氰胺与NaCl接触面积,使PHI-Na超薄片厚度低至1.1 nm,结晶度显著提高,高倍电镜可观察到清晰晶格条纹。结晶度的提高可提升光生电荷分离效率,增强光催化水分解产氢性能,420 nm的表观量子产率可达41.5%(三乙醇胺为牺牲剂)。

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然而,PHI-Na在光催化水分解过程中呈现明显的光化学不稳定性,这源于Na+流失导致的材料光生电荷分离效率的降低。利用同离子效应,如在光催化体系中添加NaCl和NaOH,可显著抑制Na+流失,提升PHI-Na的光化学稳定性。进一步考察离子热合成的PHI-K的光催化水分解产氢活性,发现也存在明显的光化学不稳定性问题。


总之,PHI-K和PHI-Na在水相光催化中的金属离子流失导致的光化学不稳定性需引起各位同仁的高度重视。

文信息

Stability and Crystallinity of Sodium Poly(Heptazine Imide) in Photocatalysis

Dr. Quanhua Deng, Dr. Haiping Li, Wenxuan Hu, Prof. Wanguo Hou

文章的第一作者是山东大学化学与化工学院实验师邓全花。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202314213

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