李喜宝/朱永法：高效实现光生电荷空间分离及产H2O2的CN/rGO@BPQDs高低结
▲第一作者：熊杰；通讯作者：李喜宝、朱永法 通讯单位：南昌航空大学，清华大学 论文DOI：10.1016/j.apcatb.2020.118602
前言 今天我们分享的是南昌航空大学李喜宝和清华大学朱永法教授的学术论文 (Applied Catalysis B: Environmental, 2020, DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.118602)，论文的题目为：CN/rGO@BPQDs high-low junctions with stretching spatial charge separation ability for photocatalytic degradation and H2O2 production. 论文内容新颖详实，欢迎大家分享评鉴！
背景介绍 g-C 3N4 (CN)具有易制备、稳定无毒无污染、低成本和可见光响应等优点。然而， 通过热聚缩合的方式制备出的块状 CN 具有比表面积低、分散性差 和成膜能力弱等缺点；不足的碳氮比也导致了密集的表面缺陷，特别是光生电子-空穴的快速复合，这都极大的抑制了 CN 的光催化活性。因此，通过制备特定形貌和表面功能的 CN，并通过纳米技术来提高 CN 对太阳能的利用率，是改善 CN 光催化性能的有效途径。
黑磷(BP) 拥有新颖的二维折叠蜂窝状结构，具有优异的光学、电学和热学性能。可以通过调整 BP 原子层的数量实现带隙连续调控。此外，BP 也具有光谱响应范围宽、载流子迁移率高等优点，在光催化领域具有潜在的应用前景。与二维 BP 相比，零维的黑鳞量子点(BPQDs)具有更宽的禁带宽度、更小的尺寸、更高的比表面积和更活跃的单元边缘位置，且具备优异的光子和电子性能、出色的缺陷容忍度和突出的全光谱响应性能。BPQDs 具有比 GO 纳米片和 Au 纳米棒更高的消光系数，说明 BPQDs 能够更加快速有效地将红外光转化为热能。然而，由于纯 BPQDs 在空气中极易被氧化，其在光催化中的应用受到严重限制。研究发现，通过 O 原子键合作用，rGO 与 BPQDs 能形成稳定的核-壳结构，可以有效地提高 BPQDs 的稳定性和抗氧化性。因此，通过 rGO 的“桥联”作用，构建具有网状结构的 CN/rGO@BPQDs 复合光催化材料，这样既可以有效的提升 BPQDs 的化学稳定性和拓展对光的响应范围，又可以通过构建高效异质结提高光生载流子的分离效率，从而达到提高光催化活性的目的。
本文亮点 针对 CN 和 BPQDs 存在的不足，该课题组展开了深入研究。首先，通过 rGO 包覆 BPQDs 以提高 BPQDs 的抗氧化性能，同时利用 rGO 优异的电子导电性加速光生电子的高效转移。首次利用多孔 CN 的孔道限域效应和 CN 与 rGO 之间的 π-π 共轭相互作用，构建了具有界面紧密结合及高效光催化活性的 n-n 型高低结 CN/rGO@BPQDs 复合材料（图1），有效的提升了 BPQDs 的结构和化学稳定性，拓展了 CN 的光谱响应范围，提高了光生载流子的分离效率，延长了光生电荷的寿命。另外，引入消光系数和光学厚度概念来有效的评估了光催化体系对光子吸收效率的影响。研究结果表明，在可见光照射下， CN/rGO@BPQDs-0.04 样品光催化降解罗丹明 B(RhB)、四环素(TC)和光催化产 H2O2 均表现出优异的光催化活性。此研究可为提升 BPQDs 的稳定性和改善 CN 基光催化材料的光催化性能提供借鉴及参考，同时也为稳定高效光催化体系的构建，剖析光催化复合材料的电子结构、能带结构与光催化活性之间的构-效关系提供新的见解。