Published December 21, 2023 | Version v1
Publication Open

Unraveling Precise Locations of Indium Atoms in g-C3N4 for Ameliorating Hydrogen Peroxide Piezo-Photogeneration

  • 1. University of California, Santa Barbara
  • 2. Vietnam National University Ho Chi Minh City
  • 3. Ho Chi Minh City University of Technology
  • 4. University of Ulsan
  • 5. Vietnam Atomic Energy Instiute
  • 6. Duy Tan University
  • 7. Phenikaa University
  • 8. Cheng Shiu University
  • 9. Vietnam Academy of Science and Technology
  • 10. Institute of Materials Science
  • 11. Ho Chi Minh City University of Technology and Education

Description

Abstract Increasing active sites in catalysts is of utmost importance for catalytic processes, frequently fascinating global scientists. In recent years, using graphitic carbon nitrides (g-C 3 N 4 ) for the piezo-photocatalytic generation of fine chemicals, such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) from oxygen (O 2 ) and water (H 2 O), is of current interest due to its flexibility in molecular structures to boost catalytic properties. However, due to its intrinsic nature, bulk g-C 3 N 4 suffers from low catalytic outcomes. To enhance catalytic performances, we, in this research, engineered g-C 3 N 4 by atomically dispersing aluminum (Al) or indium (In) sites to provide catalytic active centers via one-step thermal shock polymerization. The empirical analyses show that In atoms would occupy the near positions of carbon vacancies (V C ) to form N-V C @In-O bonds. This replacement would produce the highest formation energy based on the theoretical calculations, improving the stability of atom-dispersive materials. In addition, under catalytic conditions, the formation of oxygenic radicals would strongly be associated with the enhanced formation of H 2 O 2 . Unhappily, hydroxyl radicals would induce catalytic deactivation due to the attacks of these highly oxidative radicals on the active centers, thus changing the catalysts' structures and reducing the catalytic outcomes.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد زيادة المواقع النشطة في المحفزات ذات أهمية قصوى للعمليات التحفيزية، والتي غالبًا ما تثير إعجاب العلماء العالميين. في السنوات الأخيرة، يعد استخدام نيتريدات الكربون الجرافيتية (g - C 3 N 4 ) لتوليد التحفيز الضوئي الإجهادي للمواد الكيميائية الدقيقة، مثل بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2 ) من الأكسجين (O 2) والماء (H 2 O)، ذو أهمية حالية بسبب مرونته في الهياكل الجزيئية لتعزيز الخصائص الحفازة. ومع ذلك، نظرًا لطبيعته الجوهرية، يعاني الجزء الأكبر من g - C 3 N 4 من نتائج حفازة منخفضة. لتعزيز الأداء التحفيزي، قمنا، في هذا البحث، بهندسة g - C 3 N 4 عن طريق تشتيت مواقع الألومنيوم (Al) أو الإنديوم (In) ذريًا لتوفير مراكز نشطة تحفيزية عبر بلمرة الصدمة الحرارية من خطوة واحدة. تظهر التحليلات التجريبية أن الذرات ستشغل المواضع القريبة من الشواغر الكربونية (V C ) لتشكيل روابط N - V C @ In - O. ومن شأن هذا الاستبدال أن ينتج أعلى طاقة تشكيل بناءً على الحسابات النظرية، مما يحسن استقرار المواد المشتتة للذرة. بالإضافة إلى ذلك، في ظل الظروف الحفازة، سيرتبط تكوين الجذور الأكسجين بقوة بالتكوين المعزز لـ H 2 O 2 . لسوء الحظ، فإن جذور الهيدروكسيل من شأنها أن تحفز التعطيل الحفاز بسبب هجمات هذه الجذور عالية الأكسدة على المراكز النشطة، وبالتالي تغيير هياكل المحفزات وتقليل النتائج الحفازة.

Translated Description (French)

Résumé L'augmentation des sites actifs dans les catalyseurs est de la plus haute importance pour les processus catalytiques, qui fascinent souvent les scientifiques mondiaux. Ces dernières années, l'utilisation de nitrures de carbone graphitique (g-C 3 N 4 ) pour la génération piézo-photocatalytique de produits chimiques fins, tels que le peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ) à partir d'oxygène (O 2 ) et d'eau (H 2 O), présente un intérêt actuel en raison de sa flexibilité dans les structures moléculaires pour renforcer les propriétés catalytiques. Cependant, en raison de sa nature intrinsèque, le g-C 3 N 4 en vrac souffre de faibles résultats catalytiques. Pour améliorer les performances catalytiques, nous avons, dans cette recherche, conçu le g-C 3 N 4 en dispersant atomiquement des sites d'aluminium (Al) ou d'indium (In) pour fournir des centres actifs catalytiques par polymérisation par choc thermique en une étape. Les analyses empiriques montrent que les atomes d'In occuperaient les positions proches des lacunes de carbone (V C ) pour former des liaisons N-V C @ In-O. Ce remplacement produirait l'énergie de formation la plus élevée sur la base des calculs théoriques, améliorant la stabilité des matériaux dispersifs dans les atomes. En outre, dans des conditions catalytiques, la formation de radicaux oxygénés serait fortement associée à la formation accrue de H 2 O 2 . Malheureusement, les radicaux hydroxyles induiraient une désactivation catalytique en raison des attaques de ces radicaux hautement oxydants sur les centres actifs, modifiant ainsi les structures des catalyseurs et réduisant les résultats catalytiques.

Translated Description (Spanish)

Resumen El aumento de los sitios activos en los catalizadores es de suma importancia para los procesos catalíticos, científicos globales frecuentemente fascinantes. En los últimos años, el uso de nitruros de carbono grafíticos (g-C 3 N 4 ) para la generación piezofotocatalítica de productos químicos finos, como el peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) a partir de oxígeno (O 2 ) y agua (H 2 O), es de interés actual debido a su flexibilidad en las estructuras moleculares para aumentar las propiedades catalíticas. Sin embargo, debido a su naturaleza intrínseca, el g-C 3 N 4 a granel sufre de bajos resultados catalíticos. Para mejorar los rendimientos catalíticos, en esta investigación, diseñamos g-C 3 N 4 dispersando atómicamente sitios de aluminio (Al) o indio (In) para proporcionar centros activos catalíticos a través de la polimerización por choque térmico de una etapa. Los análisis empíricos muestran que los átomos de In ocuparían las posiciones cercanas de las vacantes de carbono (V C ) para formar enlaces N-V C @ In-O. Este reemplazo produciría la mayor energía de formación basada en los cálculos teóricos, mejorando la estabilidad de los materiales dispersivos de átomos. Además, en condiciones catalíticas, la formación de radicales oxigenados estaría fuertemente asociada con la formación mejorada de H 2 O 2 . Desafortunadamente, los radicales hidroxilo inducirían la desactivación catalítica debido a los ataques de estos radicales altamente oxidativos en los centros activos, cambiando así las estructuras de los catalizadores y reduciendo los resultados catalíticos.

Files

latest.pdf.pdf

Files (2.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:1566109cd12dc04fd9838260cef03ed1
2.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
كشف المواقع الدقيقة لذرات الإنديوم في g - C3N4 لتحسين بيروكسيد الهيدروجين Piezo - Photogeneration
Translated title (French)
Déchiffrer les emplacements précis des atomes d'indium dans le g-C3N4 pour améliorer la photogénération piézoélectrique du peroxyde d'hydrogène
Translated title (Spanish)
Desentrañar ubicaciones precisas de átomos de indio en g-C3N4 para mejorar la piezofotogeneración de peróxido de hidrógeno

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4390023497
DOI
10.21203/rs.3.rs-3780235/v1

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1968599155
  • https://openalex.org/W2001121979
  • https://openalex.org/W2042492216
  • https://openalex.org/W2046573182
  • https://openalex.org/W2054250299
  • https://openalex.org/W2137336868
  • https://openalex.org/W2150399639
  • https://openalex.org/W2232192360
  • https://openalex.org/W2239987169
  • https://openalex.org/W2290076645
  • https://openalex.org/W2315815744
  • https://openalex.org/W2323576468
  • https://openalex.org/W2539401928
  • https://openalex.org/W2551861968
  • https://openalex.org/W2596869311
  • https://openalex.org/W2622683700
  • https://openalex.org/W2788258441
  • https://openalex.org/W2795681433
  • https://openalex.org/W2796237602
  • https://openalex.org/W2931287275
  • https://openalex.org/W2967149841
  • https://openalex.org/W2967197658
  • https://openalex.org/W2979216702
  • https://openalex.org/W2988204836
  • https://openalex.org/W2993763774
  • https://openalex.org/W3009511332
  • https://openalex.org/W3047586960
  • https://openalex.org/W3082935267
  • https://openalex.org/W3083997542
  • https://openalex.org/W3122057879
  • https://openalex.org/W3146101191
  • https://openalex.org/W3189308143
  • https://openalex.org/W3196445318
  • https://openalex.org/W4289537892
  • https://openalex.org/W4291019554
  • https://openalex.org/W4292181701
  • https://openalex.org/W4292339510
  • https://openalex.org/W4307566609
  • https://openalex.org/W4308953209
  • https://openalex.org/W4313367003
  • https://openalex.org/W4317938200
  • https://openalex.org/W4322624401
  • https://openalex.org/W4362501718
  • https://openalex.org/W4362581601
  • https://openalex.org/W4366263043
  • https://openalex.org/W4376873902
  • https://openalex.org/W4378806832
  • https://openalex.org/W4383265418
  • https://openalex.org/W4385191028
  • https://openalex.org/W4386155258