メソポーラスP-およびF-コバルトをドープしたアモルファス窒化炭素.糖類からの光触媒的CO2還元および熱触媒的フラン合成のためのナノ触媒

Mesoporous P- and F-co-doped Amorphous Carbon Nitride: Nanocatalysts for Photocatalytic CO2 Reduction and Thermocatalytic Furanics Synthesis from Sugars.

• Subodh Kumar
• Manoj B Gawande
• Josef Kopp
• Štěpán Kment
• Rajender S Varma
• Radek Zboril

抄録

ジシアンジアミドのゾル-ゲル媒介熱縮合により、新規なP-およびF-コバルトドープアモルファス窒化炭素(PFCN)を合成した。このようにして合成されたP-及びF-ドープ窒化炭素は、メソポーラスナノ構造と赤外までの可視光吸収領域を有し、BET表面積は260.93m2 g-1とリンドープ窒化炭素材料としては記録的な最高値を示すことがわかった。さらに、その形成機構を解明し、テンプレートの役割が表面積の向上だけでなく、P原子とF原子の共ドーピングを容易にするために不可欠であることを明らかにした。共ドーピングにより、光バンドギャップを1.8eVにまで狭めることができ、可視光照射下での二酸化炭素のメタノールへの水性還元反応において、裸の窒化炭素に比べて15倍の119.56μmol g-1 h-1という優れた光触媒活性を得ることができました。また、Pドーピングによりブレンステッド酸性を導入し、酸塩基性二官能性触媒とすることができた。その結果、一般的な炭水化物からフランへの熱変換についても検討した。

A novel P- and F-co-doped amorphous carbon nitride (PFCN) has been synthesized via sol-gel mediated thermal condensation of dicyandiamide. Such synthesized P- and F-doped carbon nitride displayed a well-defined mesoporous nanostructure and enhanced visible light absorption region up to infrared with higher BET surface area of 260.93 m2 g-1; the highest recorded value for phosphorus doped carbon nitride materials. Moreover, the formation mechanism is delineated and the role of templates was found to be essential not only in enhancing the surface area but also in facilitating the co-doping of P and F atoms. Co-doping helped to narrow the optical band gap to 1.8 eV, thus enabling an excellent photocatalytic activity for the aqueous reduction of carbon dioxide into methanol under visible light irradiation, which is fifteen times higher (119.56 µmol g-1 h-1) than the bare carbon nitride. P doping introduced the Brønsted acidity into the material, turning it into an acid-base bi-functional catalyst. Consequently, the material was also investigated for the thermal conversion of common carbohydrates into furanics.

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