p-n范德华异质结双位点界面O2吸附策略助力高效光催化H2O2生产及抗菌应用

研究人员通过构建p型聚吡咯衍生碳(PPy-800)与n型g-C3N4纳米片(CNm)的范德华异质结，成功实现双位点O2吸附调控，显著提升2e?ORR路径的光催化H2O2产率至10415.27 μmol g?1 h?1，并展现1.31%的太阳能转化效率，为金属-free催化剂设计提供新思路。

　　

这项突破性研究揭示了如何通过精妙的界面工程设计来操控氧气分子的吸附行为。科研团队巧妙地将p型聚吡咯衍生碳材料(PPy-800)与n型石墨相氮化碳纳米片(g-C₃N₄)进行静电耦合，构建出独特的范德华(vdW)异质结体系。在这个异质结界面上，氮化碳的边缘氮原子与聚吡咯衍生物的叠氮基团形成协同作用位点，就像两个精准的分子"钳子"一样，以双位点模式牢牢锚定氧气(O₂)分子。

理论计算(DFT)显示，这种特殊配置将O₂吸附能显著降低，同时在p-n结界面形成的内建电场如同高效的"电子高速公路"，促进电荷定向分离与传输。最优化的CN_p1m10复合材料在可见光照射下，配合10%异丙醇时展现出惊人的过氧化氢(H₂O₂)生成能力——每小时每克催化剂可产生超过1万微摩尔的H₂O₂。更令人振奋的是，即使在纯水体系中，该体系仍能实现1.31%的太阳能-化学能转化效率，其产生的H₂O₂还展现出潜在的抗菌"超能力"。这项研究为开发高效、可持续的金属-free光催化剂提供了全新范式。