轴向磷配位调控g-C3N4负载Co-N4活性位点电子结构实现高效光催化H2O2全合成

本研究通过轴向磷配位工程精准调控g-C3N4（CCN）负载的Co-N4单原子催化剂电子结构，构建Co-N4P1活性位点，实现光生电荷定向传输与关键中间体（OOH/OH）吸附强度的协同优化，最终达成双通道（2e–-ORR/2e–-WOR）高效光催化H2O2合成（295.6 μmol g–1 h–1），为清洁能源转化提供新策略。

　　

Highlight

本研究报道了一种具有独特四平面氮配位和单轴向磷配位的钴单原子光催化剂（Co-N₄P₁），用于从O₂和H₂O高效全合成H₂O₂。Co-N₄P₁表现出卓越的光催化性能，H₂O₂产率高达295.6 μmol g^–1 h^–1，是传统Co-N₄的15倍。

Structural characterization

Co-N₄P₁通过两步热解法构建（方案1）。首先采用LiCl/KCl熔盐模板法制备一维CCN纳米棒，其暴露的层间边缘位点更易与吡啶氮配位锚定Co²⁺，为后续轴向磷配位修饰奠定结构基础。

Conclusions

该工作通过轴向磷配位精准调控Co-N₄活性中心的电子结构，实验与理论计算证实：1）引入的中隙态能级促使光生电子富集于Co位点；2）抬高的Co 3d轨道d带中心优化OOH吸附强度；3）下移的N 2p轨道p带中心削弱OH吸附，最终实现非牺牲型双通道H₂O₂高效合成。