陈鹏博士、尹双凤教授，JMCA：边缘和桥接工程调控氮化碳中激子解离和电荷分离用于促进苄胺氧化及联立产氢

第一作者：宋美洋

通讯作者：陈鹏*，尹双凤*

单位：贵州大学，湖南大学

光催化水裂解制氢因其可提供清洁的可再生能备受研究者们的关注。但光催化全分解水制氢效率却常受到动力学缓慢的产氧过程所控制。为实现高效的光催化制氢过程，大多数水裂解制氢的研究都集中在通过添加各种牺牲剂（如三乙醇胺、三乙胺或者甲醇）消耗空穴来提高氢气产量。

利用有机物氧化代替牺牲剂消耗和产氧过程将减少制氢成本，并且能够得到高附加值的有机化学品。亚胺作为具有生物活性的含氮有机化合物，已在医学和生物学领域得到广泛应用。通过光催化选择性氧化伯胺生成相应的亚胺因其无污染和成本效益高的特点备受关注。因此，利用光催化技术同时实现质子H还原和选择性氧化伯胺生成相应的亚胺无疑是双赢的策略。

g-C₃N₄因其具有高稳定性、无毒、容易制备以及适宜的禁带宽度等优点，被广泛应用于光催化领域。但是g-C₃N₄由于可见光利用率低、电荷分离效率低和活性位点稀少等缺点，极大地限制了g-C₃N₄的应用。当前，如金属掺杂、构建异质结、形貌调节和表面修饰等方法已经被用于提高g-C₃N₄的光催化性能。

在众多的方法中，通过对C₃N₄分子结构设计是提高其催化活性最基本且直观的策略之一。本课题组在氮化碳的蜜勒胺单元末端同时构筑了链结构与边缘基团，作为载体转移桥和反应活性位点，用以提升光催化苄胺氧化及联立产氢的性能。

基于此，来自贵州大学的陈鹏老师课题组在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Edge and bridge engineering mediated exciton dissociation and charge separation in carbon nitride for boosting photocatalytic H₂ evolution integrated with selective amines oxidation”的文章。

该文章提出了一种简便的策略，通过在蜜勒胺单元末端构建边缘羧基基团和桥接的C=C双键，促进了激子的解离和电荷的分离，提升了光催化活性。

Fig. 1. Illustration of simultaneous proton reduction and selective benzylamine oxidation over EBCN by photocatalysis.

Fig. 2. (a) Schematic diagram preparation process of EBCN photocatalysts. (b) SEM and (c) TEM.

要点二：边缘位点和桥修饰的氮化碳调节了氮化碳的带隙，促进了激子的解离和电荷的分离。

Fig. 3. (a) PL spectra, (b) transient fluorescence, (c) integrated PL emission intensity as a function of temperature from 298 to 423 K, (d). Characterization of the built-in electric field, (e) I-t curves (f) and electrochemical impedance spectroscopy of photocatalyst. (g) DOS, the charge density (h) and differential charge density (i) of EBCN.

要点三：提高了催化剂在苄胺选择性氧化和产氢方面的光催化活性和稳定性

Fig. 4. (a) UV-vis absorption performance of fabricated samples. (b) time-dependent photocatalytic H₂ production and (c) selective benzylamine oxidation over different catalysts, (d) cycling performance of EBCN-2 toward photocatalytic H₂ production.

要点四：总结与展望

在光催化苄胺氧化联产氢实验中，EBCN-2在光照3h不加任何溶剂的情况下表现出优异的产氢速率（2296.3 µmol·g^-1·h^-1）和苄胺氧化速率（3422 µmol·g g^-1·h^-1），为C₃N₄的7.6倍。EBCN性能的显著提高主要归因于边缘和桥接工程调控激子离解和电荷分离以及表面性质，极大的提高了光催化性能。这项工作不仅为增强激子离解和电荷分离提供了一种简便的策略，而且还为苄胺氧化及联立产氢提供了一种有效的催化剂。

Edge and bridge engineering mediated exciton dissociation and charge separation in carbon nitride for boosting photocatalytic H₂ evolution integrated with selective amines oxidation

陈鹏博士简介：陈鹏，贵州大学化学与化工学院讲师，致力于光催化小分子转化、废水处理、重金属脱除等研究。以第一作者或通讯作者在J MATER CHEM A, APPL CATAL B: ENVIRON, CHEM ENG SCI, ACS SUSTAIN CHEM ENG等学术刊物上发表多篇研究论文。

尹双凤教授简介：尹双凤，湖南大学教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才，湖南省121人才工程第一层次人才，现任湖南大学科学技术研究院院长、先进催化教育部工程研究中心主任。研究方向主要为工业催化、低碳资源催化转化新工艺技术。

迄今为止，在国内外学术期刊发表论文210余篇，申请发明专利80余件(授权50余件)，获湖南自然科学奖一等奖1项(第一完成人)、中国石油和化学工业联合会青年科技突出贡献奖、中国催化委员会均相催化青年奖、中国化工学会侯德榜化工科技青年奖等奖励。

宋美洋：现就读于贵州大学化学与化工学院，硕士研究生，研究光催化半导体转化方向。

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