エタノールの選択的フォトレフォームを強化するためのニッケル/炭素窒化物の相乗的シアナアミド機能化と電荷誘発性活性化

Photoreformingは、有機酸化の半反応と、ソーラー燃料と付加価値化学物質を同時に生産する可能性のため、H2生成の水分割に代わる有望な代替品です。最近、窒化炭素は、光を導入するプロセスの安価な光触媒として大きな注目を集めています。しかし、硝化炭素の適用は、その貧弱な光触媒性能によって引き続き妨げられています。ここでは、シアンアミドの機能化と過剰なNi2+イオンを使用した固体/液体界面電荷誘発活性化を介して、窒化炭素上のin situ光沈着したNi catalystの相乗的修飾を初めて報告します。シアンアミドの機能化と過剰なNi2+イオンによる電荷誘発性活性化との相乗効果は、エタノール光度形成中の活性、選択性、および安定性の強化を呼び起こします。2.54 mmol H-1 G-1のアセトアルデヒド産生率と併せて2.32 mmol H-1 G-1のH2進化率がNi/NCN-CNに対して達成されました。H2の進化速度と上昇したアセトアルデヒド選択性（98％を超える）は、長時間の光照明の下で一貫したままでした。補完的なプロモーション効果の起源を理解するために、選択的エタノールフォトフォーミングへのシアンアミドグループと過剰なNi2+イオンの寄与が分離され、体系的に調査されます。窒化カーボン上のシアンアミド機能は、エタノール酸化反応のための穴の除去を促進することがわかったため、H2進化のためにNi cocatalystへの効果的な電子移動が可能になりました。同時に、溶液中に残っている過剰なNi2+イオンは、光触媒表面に正の帯電した環境を作成し、電荷キャリアの利用とエタノール吸着を改善しました。この研究は、選択的光触媒改革システムの開発における光触媒表面での窒化炭素の機能と電荷の両方の重要性を強調しています。

Photoreforming is a promising alternative to water splitting for H2 generation due to the favorable organic oxidation half-reaction and the potential to simultaneously produce solar fuel and value-added chemicals. Recently, carbon nitride has received significant attention as an inexpensive photocatalyst for the photoreforming process. However, the application of carbon nitride continues to be hampered by its poor photocatalytic performance. Herein, we report for the first time a synergistic modification of an in situ photodeposited Ni cocatalyst on carbon nitride via cyanamide functionalization and solid/liquid interfacial charge-induced activation using excess Ni2+ ions. Synergism between the cyanamide functionalization and charge-induced activation by the excess Ni2+ ions invokes enhanced activity, selectivity, and stability during ethanol photoreforming. A H2 evolution rate of 2.32 mmol h-1 g-1 in conjunction with an acetaldehyde production rate of 2.54 mmol h-1 g-1 was attained for the Ni/NCN-CN. The H2 evolution rate and elevated acetaldehyde selectivity (above 98%) remained consistent under prolonged light illumination. To understand the origin of the complementary promotional effects, the contributions of cyanamide groups and excess Ni2+ ions to selective ethanol photoreforming are decoupled and systematically investigated. The cyanamide functionality on carbon nitride was found to promote hole scavenging for the ethanol oxidation reaction, thereby enabling effective electron transfer to the Ni cocatalyst for H2 evolution. Concomitantly, excess Ni2+ ions remaining in solution created a positively charged environment on the photocatalyst surface, which improved charge carrier utilization and ethanol adsorption. The work highlights the importance of both carbon nitride functionality and charge on the photocatalyst surface in developing a selective photocatalytic reforming system.