O Instytucie

Tytuł: Metal-free heteroatom doping of carbon nitride for enhanced photocatalytic hydrogen peroxide production

Autorzy: E. Sebastian-Garate, B. F. Gonçalves, J. Llusar, P. Gluchowski, I. Infante, S. Lanceros-Mendez, Q. Zhang, H. Salazar

Czasopismo:  Nano Energy

DOI: 10.1016/j.nanoen.2025.111551

W pracy systematycznie porównano kilka niemetalicznych domieszek heteroatomowych (B, P, O, S) w C₃N₄, co pozwoliło jasno określić, w jaki sposób każda z nich wpływa na jego strukturę, właściwości elektronowe oraz aktywność fotokatalityczną. W odróżnieniu od typowych badań skupionych na pojedynczej domieszce podejście to umożliwia bezpośrednie powiązanie struktury z właściwościami różnych pierwiastków.

Kluczowym osiągnięciem jest wyjątkowo wysoka wydajność produkcji H₂O₂ uzyskana w układzie pozbawionym metalicznych domieszek, przy czym C₃N₄ domieszkowany siarką osiąga rekordową wydajność i sprawność kwantową. Skala poprawy (do ×16,4) pokazuje, że domieszkowanie wyłącznie niemetalami może konkurować z bardziej złożonymi układami katalitycznymi lub nawet je przewyższać.

Praca wyróżnia się również połączeniem analizy DFT z weryfikacją eksperymentalną, co pozwala ujawnić specyficzny wpływ domieszek na rozkład ładunku, strukturę pasmową oraz dynamikę rekombinacji. Umożliwia to bardziej racjonalne projektowanie katalizatorów.

Wreszcie badania dostarczają wglądu mechanistycznego w selektywną ścieżkę ORR 2e⁻ oraz potwierdzają wysoką stabilność katalizatora, co stanowi istotny krok w kierunku praktycznej i zrównoważonej fotokatalitycznej produkcji H₂O₂.