인사이트 페놀 유사 구조 통합에 의한 π–π* 및 n–π* 전이의 시너지 조절로 효율적인 광범위 수소 생산을 위한 울트라 얇은 탄소 질화물

초록 2D 탄소 질화물 나노시트, g‐C 3 N 4로 대표되는,은 상당한 구조적 이점과 향상된 광촉매 활성을 제공합니다. 그럼에도 불구하고, 나노스케일 광촉매에서 발생하는 양자 구속 효과는 밴드갭을 확대시켜 스펙트럼 흡수 범위를 제한하고 광촉매 효율의 개선을 방해할 수 있습니다. 여기에서, 울트라 얇은 g‐C 3 N 4 나노시트의 결합된 구조에 새로운 페놀 유사 구조를 통합하여 확장된 스펙트럼 응답을 가진 고성능 2D 광촉매를 개발했습니다. 이 새로운 전략은 피리미딘 도핑을 목표로 하여 헵타진 구조에서 결합된 탄소 영역을 생성하며, 이를 통해 어닐링 박리 과정 동안 수산기 기능화에 유리한 열역학적 경로를 제공합니다. 결과적으로, 물질의 π–π* 전이 에너지가 상당히 감소하며, 페놀 유사 구조에 있는 활성 고립 전자쌍은 500nm에서 650nm 사이의 흡수를 현저하게 향상시키는 새로운 n–π* 전이를 유도합니다. 최적화된 물질은 광촉매 활성이 급격히 향상되어 벌크 g‐C 3 N 4의 활성을 약 72배 초과하며, 650nm 빛 아래에서 6.57 µmol g −1 h −1의 측정 가능한 H 2 생산 속도를 보여줍니다. 본 연구는 2D 광촉매의 전략적 설계에 중요한 진전을 나타내며, 빛 흡수 및 광촉매 효율을 크게 증가시키는 맞춤형 전자 구조를 제공합니다.