効率的なCO2光還元のためのキサニアミド基機能化結晶性炭化窒素エアロゲル

要約 光触媒によるCO2還元のために、従来の非晶質高分子炭化窒素 (PCN) は、迅速な光励起電子‐正孔再結合と低い比表面積により、低い光触媒活性に悩まされてきた。本研究では、熱重合されたPCNから出発し、キサニアミド基 (─CN) 機能化した結晶性炭化窒素 (CCN) 自己支持エアロゲルを溶融塩と自己組織化の二段階戦略によって得られ、COを主な還元生成物およびO2を酸化生成物としてCO2の効率的な光還元を実現し、CO放出速度と選択性はそれぞれ25.7 µmol g −1 h −1および93.8%に達した。自己支持型多孔質エアロゲル構造が反応物および生成物の質量輸送を強化し、複数の光子反射を通じて光吸収能力を高めることが明らかにされた。高い結晶性を持つCCNエアロゲルでは、電荷キャリアの分離が大幅に強化され、電荷キャリアダイナミクスの研究により、理論計算およびその場スペクトル特性評価が、導入された─CN基がCO2をCOに光還元するための活性部位として機能することを示しており、COOH*中間体の形成に対するエネルギー障壁が大幅に低下し、CO2からCOへの還元の速度決定ステップとなる。これにより、高効率かつ選択的な光触媒CO2還元を実現するために、結晶、分子および形態構造が相互に調整された半導体ポリマーを開発するための新しく制御可能な戦略が示されている。