近日，我院教授苏耀荣课题组以“Ba原子植入高度面内有序氮化碳纳米棒的合成及其高选择性光催化产过氧化氢（Towards Highly-Selective H₂O₂ Photosynthesis: In-Plane Highly Ordered Carbon Nitride Nanorods with Ba Atoms Implantation）”为题在Chinese Journal of Catalysis发表最新研究成果。Chinese Journal of Catalysis是由中国科学院大连化学物理研究所和中国化学会主办的中科院一区Top期刊，影响因子为16.5。我院孟爱云副教授和硕士研究生马辛源同学为本文共同第一作者，深圳技术大学为唯一通讯单位，通讯作者为苏耀荣教授、周双助理教授和钟威副研究员。

过氧化氢（H₂O₂）是一种重要的绿色氧化剂和清洁液体燃料，在化工、环境治理和航空航天领域得到广泛应用。与传统的蒽醌工艺相比，以水和氧气为原料通过半导体光催化合成H₂O₂提供了一种潜在的绿色和可持续H₂O₂生产替代技术。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）具有制备简单、能带结构合适、化学性质稳定等优点，在H₂O₂光合成领域被广泛研究。然而，传统的块状g-C₃N₄光催化剂通常显示出较差的结晶性和严重的团聚现象，这严重阻碍了光生电子空穴对的分离和迁移，抑制了传统块状g-C₃N₄的光催化H₂O₂生成活性。

本研究开发了一种巧妙的面内聚合策略，成功设计并制备了钡(Ba)原子植入面内高度有序的g-C₃N₄纳米棒(BI-CN)，并实现了高选择性的两电子氧还原（2e^--ORR）途径产H₂O₂。该方法以BaCl₂为模版，通过独特的Ba-N相互作用诱导3-s-三嗪单元的定向聚合，可控合成了具有面内高结晶度的Ba原子植入g-C₃N₄纳米棒。实验和理论计算阐明植入的Ba原子作为正电荷中心，导致O₂分子以Pauling型的吸附构型吸附在催化剂表面，这使得O-O键断裂最小化，从而抑制了四电子氧还原反应4e^--ORR途径，促进了高选择性的2e^--ORR途径，实现了高效的光催化H₂O₂生产。因此，优化后的BI-CN3光催化剂表现出卓越的H₂O₂生产速率，比原始的g-C₃N₄高出6.1倍。该工作不仅为构建面内高结晶度g-C₃N₄光催化剂提供了一种新的策略，还为促进两电子氧还原反应的选择性，实现高性能H₂O₂光合成开辟了新途径。

全文链接：https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(24)60008-2

图1 Ba原子植入高度面内有序氮化碳纳米棒的合成及其高选择性光催化产过氧化氢示意图。