【COF纳米片】用于增强光催化硫酯氧化的Cs2AgBiCl6/COF异质结的构建

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摘要：
中山大学陈洪燕&匡代彬老师等报道的本篇文章（Small 2024, 2402410）中报道了一种通过构建Cs2AgBiCl6（CABC）与共价有机框架（COF）纳米片C4N的异质结，以提高光催化硫酯氧化反应性能的新策略。研究发现，C4N纳米片具有丰富的表面官能团，可作为异质成核点调控CABC纳米晶体的生长，并促进光生电荷载流子的转移和空间分离。C4N的氧亲和性还显著提高了异质结的光催化性能。在最佳条件下，CABC/C4N异质结实现了100%的硫醚氧化转化效率，分别是CABC和C4N的2.2倍和7.7倍。该工作为设计和应用无铅钙钛矿异质结光催化剂提供了新思路。

研究背景：
1）环境保护与化石燃料枯竭之间的平衡是全球未来发展面临的难题。作为传统非可再生资源的清洁替代品，太阳能因其容易获取和丰富的储量而具有吸引力。
2）自Fujishima等人发现二氧化钛在紫外光下产生氢气以来，光催化技术逐渐被认为是实现光能向化学能转换的有前途的途径。
3）作者提出通过构建异质结来调控金属卤化物钙钛矿的催化性能，特别是通过使用C4N纳米片作为功能组分与CABC构建异质结，提高了光生电荷载流子的转移效率和光催化性能。

实验部分：
1. C4N纳米片的合成：通过液相剥离法从块体C4N制备得到具有平面共轭结构的C4N纳米片。块体C4N是通过二苯四胺(BPTA)和六酮环己烷(HKH)的脱水缩合反应制备的。
2. Cs2AgBiCl6(CABC)纳米晶体的合成：采用抗溶剂法合成CABC纳米晶体，通过将CsCl、AgCl和BiCl3溶解在DMSO中，然后迅速注入到异丙醇中，经过离心分离、洗涤和干燥得到。
3. CABC/C4N异质结的构建：将C4N纳米片加入到CABC前驱体溶液中，经过剧烈搅拌和超声处理后，注入到异丙醇中，经过搅拌、离心收集、洗涤和干燥，得到CABC/C4N异质结。
4. 光催化性能测试：在模拟太阳光照射下，使用CABC/C4N异质结作为光催化剂，对硫醚进行氧化反应，通过气相色谱分析反应产物，评估催化剂性能。

分析测试：
1. 结构表征：通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和固体状态13C核磁共振(13C NMR)对样品的晶体结构和化学组成进行了表征。
2. 形貌表征：利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品的形态进行了观察。
3. 比表面和孔隙特性：通过氮气吸附-脱附等温线测试了样品的比表面积和孔隙特性，C4N和CABC/C4N的BET面积分别为1270 m² g⁻¹和286 m² g⁻¹。
4. 光电性能测试：通过紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)研究了样品的光吸收性能，通过Mott-Schottky测试评估了样品的能带结构。
5. 光生电荷载流子的动力学特性：通过电化学阻抗谱(EIS)和光电流密度-时间(I-t)曲线测试了样品的电荷传输和分离特性。
6. 活性物种的捕获和表征：通过电子自旋共振(ESR)测试，使用5,5-二甲基-1-吡咯啉N-氧化物(DMPO)作为自旋转捕剂，捕获并表征了光催化过程中产生的•O2⁻自由基。

总结：
本文成功设计并合成了CABC/C4N II型异质结光催化剂，通过简单的抗溶剂法实现了CABC纳米晶体在超薄C4N纳米片表面的均匀分布。这种紧密接触的异质结不仅促进了光生电子和空穴的分离和传输，而且通过C4N的氧富集作用增强了活性•O2−的生成，从而在硫醚的光催化氧化中表现出显著的性能提升。

展望：
1）进一步研究异质结在长期光催化反应中的稳定性和耐久性。
2）探索不同光生电荷载流子的转移机制，以及如何进一步优化以提高光催化效率。
3）开展更多的机理研究，深入理解CABC/C4N异质结在光催化过程中的作用机制。
4）研究如何通过调整合成参数和后处理条件来调控材料的孔隙结构和电子性质，以满足特定应用的需求。

Construction of Cs2AgBiCl6/COF Heterojunction for Boosted Photocatalytic Thioester Oxidation
文章作者：Qi Qin, Zhi-Hua Xia, Wei-Qi Liu, Hong-Yan Chen, Dai-Bin Kuang
DOI：10.1002/smll.202402410
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202402410

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