非金属（B/N/P）掺杂绿色碳点修饰g-C3N4用于可见光驱动甘油光氧化的研究

为解决金属基催化剂成本高、毒性大等问题，研究人员通过生物质废弃物衍生的非金属（B/N/P）掺杂绿色碳点（CDs）修饰g-C3N4（CN），构建高效可见光驱动甘油光氧化催化剂。结果表明，氮掺杂CDs修饰的CN（NCDCN）性能最优，甘油转化率达50.7%，产物甘油醛选择性显著提升。该研究为生物质资源化利用和绿色催化提供了新思路。

　　

随着全球生物柴油产业的快速发展，甘油作为主要副产物大量过剩，其高效转化成为亟待解决的难题。传统金属基催化剂（如Pt、Au）虽能实现甘油选择性氧化，但存在成本高、环境风险大等瓶颈。同时，半导体光催化剂如石墨相氮化碳（g-C₃N₄, CN）虽具有稳定性好、制备简单等优势，但其宽带隙（2.78 eV）和快速电荷复合严重限制了可见光利用率。如何通过绿色、经济的策略同步解决上述问题，成为光催化领域的研究热点。

印度理工学院的研究团队创新性地利用大豆脱油饼生物质废弃物制备非金属（硼/氮/磷）掺杂绿色碳点（CDs），并通过原位共聚将其修饰到CN骨架中，构建了一系列新型异质结光催化剂（NMCDCN）。研究发现，氮掺杂CDs修饰的CN（NCDCN）表现出最优性能：带隙降至2.60 eV，甘油转化率提升至50.7%（原始CN仅17.4%），甘油醛产率达22.8%。该成果发表于《Materials Today Chemistry》，为生物质资源化与绿色催化提供了双赢解决方案。

研究采用水热法合成非金属掺杂CDs，通过热聚合构建CDs-CN异质结。结合FESEM、XPS、TRPL等技术表征材料性质，利用EPR和KPFM分析电荷行为，并在可见光下评估甘油光氧化性能。

EDX分析显示，氮掺杂显著提升CN中氮含量（BCDCN/NCDCN/PCDCN分别含7.1/9.3/8.4 wt%），与XPS结果一致。光学性质表明，NCDCN带隙最小（2.60 eV），可见光吸收最强，其PL强度最低（电荷分离效率最佳），TRPL寿命（4.93 ns）显著短于CN（9.11 ns），证实掺杂CDs形成捕获态促进电荷转移。光氧化性能显示产物选择性遵循BCDCN（8%）< PCDCN（11.3%）< NCDCN（22.8%）的规律，与光学性质趋势一致。机理研究揭示NCDCN的能带位置同时支持OH^.和O₂^.-自由基生成，而BCDCN/PCDCN仅促进O₂^.-形成，导致氧化路径差异。稳定性测试表明NCDCN循环5次后活性仅降低18%，XRD和FTIR证实其结构稳定性。

该研究首次系统比较了n型（N）与p型（B/P）掺杂CDs对CN光催化甘油氧化的影响，阐明氮掺杂通过协同优化能带结构、电荷密度和界面转移效率实现性能突破。不仅为生物质废弃物高值化利用提供范例，更推动了非金属异质结光催化剂在精细化学品合成中的应用。作者Shweta G. Kumbhar和Mahuya De强调，该方法可拓展至其他多元醇的光催化转化，为可持续发展目标下的绿色化工开辟新途径。