哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院--N-掺杂石墨烯对苯甲醇选择性氧化的调制改善了超薄CoPc/g-C3N4异质结的可见光活性

界面调制是影响金属酞菁(MPc)/g-C₃N₄异质结醇选择性有氧氧化光活性的关键因素。在此，我们成功地制备了N-掺杂石墨烯调制的CoPc/g-C₃N₄纳米片(CoPc/NG/CN)异质结。相比于仅含CN时，优化的CoPc/NG/CN光催化剂在O₂作为氧化剂时，对苯甲醇的氧化光活性提高了约4倍，对苯甲醛的选择性为~99%，对2,4 -二氯苯酚的降解率提高约9倍。通过N₂气氛下的稳态表面光电压响应、时间分辨的光致发光光谱、单波长光电流作用光谱和电化学O₂还原测量，证实了CoPc/NG/CN异质结卓越的光活性，是因为具有良好电子诱导能力的NG的调制促进了CoPc和CN之间的界面电荷转移。此外，N掺杂后NG中更多的富羟基可以通过H-键效应诱导CoPc分子高度分散，导致CoPc暴露的数量增加，成为可见光吸收单元，单个Co²⁺位点成为O₂活化的催化中心，从而进一步有利于光催化氧化过程。这项工作为制备高效支撑的MPC-基异质结光催化纳米材料提供了一种可行的界面调制策略。

图1. (a) 0.5CoPc/CN、(b) 1.5CoPc/1NG/CN的TEM图像。(c) 1.5CoPc/1NG/CN的HAADF-STEM图像，以及元素C、N、O和Co对应的EDX映射图像。(d) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的UV-Vis DRS。(e) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的FT-IR光谱。

图2. (a)苯甲醇转化的光催化活性，(b)在可见光照射下对CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的2,4- DCP降解动力学。

图3. (a)可见光照射下形成的羟基自由基的荧光光谱，(b) N₂气氛下的SPS响应，(c)瞬态光电流，(d) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN的时间分辨PL (TR-PL)光谱。

图4. (a)单色光电流作用谱，(b) CN、0.5CoPc/CN、1.2CoPc/0.5G/CN和1.5CoPc/1NG/CN 的O₂气泡电化学还原曲线。

图5. 可见光照射下1.5CoPc/1NG/CN异质结主电荷转移模式示意图。

相关研究成果由哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院Xiaoyu Chu等人于2022年发表在Materials Today Energy (https://doi.org/10.1016/j.mtener.2022.100963)上。原文：Improved visible-light activities of ultrathin CoPc/g-C₃N₄ heterojunctions by N-doped graphene modulation for selective benzyl alcohol oxidation。