蒽醌共价修饰开环功能化g-C3N4实现高效太阳能驱动H2O2合成

针对g-C3N4光生载流子快速复合和氧活化位点不足的难题，研究人员通过蒽醌共价修饰与三嗪环开环羰基化双功能策略，构建CN-B-AQ催化剂，H2O2产率提升8.6倍至10.3 mmol g?1 h?1，为无金属光催化系统设计提供新思路。

　　

在追求碳中和的背景下，太阳能驱动过氧化氢(H₂O₂)绿色合成成为研究热点。传统蒽醌法能耗高且污染严重，而石墨相氮化碳(g-C₃N₄)虽具无金属优势，却受限于快速电荷复合和有限氧活化位点。现有改性策略多依赖金属助催化剂或复杂制备工艺，难以兼顾效率与可持续性。

大连理工大学精细化工国家重点实验室的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表创新成果，通过蒽醌-2-羧酸与g-C₃N₄的共价偶联，同步构建边缘π-共轭蒽醌单元和三嗪环内羰基(C=O)活性位点。该研究采用吡啶催化酰化反应，在氧气氛中实现氨基与羧基的酰胺键连接，结合开环羰基化修饰，形成独特的给体-受体三维弯曲结构。

催化剂结构特征
X射线光电子能谱(XPS)证实C=O键(531.4 eV)和C-N-C键(288.1 eV)的协同存在。扫描电镜(SEM)显示改性后催化剂呈现多孔片层结构，比表面积提升至89 m²/g。紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)显示吸收边红移，带隙从2.71 eV降至2.48 eV。

性能优化机制
瞬态荧光光谱(TRPL)显示载流子寿命延长至8.7 ns。密度泛函理论(DFT)计算揭示蒽醌作为电子受体，开环羰基化三嗪作为电子给体，形成内置电场促进电荷分离。原位红外光谱捕捉到关键1,4-过氧中间体，证实C=O位点优化了O₂吸附构型，使2e^- ORR选择性达91%。

结论与意义
该工作创制的CN-B-AQ催化剂在乙醇体系中实现10.3 mmol g^?1 h^?1的H₂O₂产率，较原始g-C₃N₄提升8.6倍。分子水平双功能修饰策略同时解决电荷分离与氧活化难题：蒽醌扩展π共轭体系增强光捕获，羰基开环结构调控氧吸附能(ΔG*OOH=?0.21 eV)。这种全有机共价修饰方法为设计高效无金属光催化剂提供了新范式，推动太阳能向化学能转化技术的实用化进程。