MOF模板衍生的碳掺杂g-C3N4/ZnO异质结：绿色光催化产H2O2的创新策略

本文推荐一种基于金属有机框架（MOF）牺牲模板的"三合一"策略，通过ZIF-8/三聚氰胺-氰尿酸-尿素（MCU）超分子组装，首次制备出原位碳掺杂g-C3N4/ZnO异质结光催化剂（CCN-Z）。该材料在可见光（λ≥400 nm）下实现5429 μmol g-1 h-1的H2O2产率，较传统g-C3N4提升1.3倍，其优异性能源于扩大的比表面积、优化的能带结构和Zn-N化学键介导的电荷分离。

　　

Highlight

突破性进展：通过ZIF-8/MCU超分子组装与溶剂热-煅烧法，成功构建保留ZIF-8十二面体形貌的原位碳掺杂g-C₃N₄/ZnO异质结（CCN-Z）。ZIF-8在此过程中发挥双重作用——既是牺牲模板又是渐进式碳掺杂源，开创了MOF模板策略的新维度。

Successful formation of CCN-Z derived from ZIF-8/MCU supramolecular assembly

傅里叶红外光谱（FTIR）分析证实了ZIF-8/MCU超分子组装体的成功构建。如图2(a)所示，ZIF-8的特征峰与MCU前驱体的N-H伸缩振动（3100-3500 cm^-1）和C=O伸缩振动（1700 cm^-1）形成鲜明对比。煅烧后获得的CCN-Z在1250 cm^-1和1637 cm^-1处出现g-C₃N₄特征峰，同时在400-600 cm^-1区间保留Zn-O振动峰，证实了异质结的形成。X射线光电子能谱（XPS）进一步揭示了Zn-N键的存在，这种化学键如同"分子桥梁"般强化了界面电荷转移。

Conclusions

这项研究开创性地利用ZIF-8作为"智能模板"，通过一步煅烧同步实现碳掺杂、形貌控制和异质结构建。CCN-Z光催化剂宛如"纳米反应器"，其独特的电子结构（带隙2.65 eV）和丰富的活性位点，使可见光驱动的H₂O₂产率突破5400 μmol g^-1 h^-1，为绿色能源转换提供了新范式。