中国矿业大学(北京)刘迪课题组《Adv. Mater.》:苝酰亚胺基线性共轭聚合物实现高效、稳定的光催化分解水产氧
2023-04-07 来源:高分子科技
光催化清洁能源的生产被认为是解决能源危机问题最有前途的方案之一。在光催化分解水领域,大多数报道集中于优化产氢半反应上,而忽略了水分解的决速步骤是析氧半反应。值得注意的是,四电子反应过程和高的氧化还原能垒(+1.23 eV vs. NHE)也严重阻碍了析氧反应的发生。因此,除了满足具有太阳光响应的前提外,深价带(VB)位置成为满足光解水产氧的理论需求。
近年来,苝酰亚胺(PDI)基有机超分子光催化材料,因其出色的光吸收、原料来源丰富及可工程化的光电性能等优点,而在光催化领域崭露头角。特别是,已有报道指出其在不借助助催化剂的情况下,可光催化分解水产氧。这种较深的VB位置使它们具有较强的氧化能力,进而在水氧化半反应中展现出巨大的潜力。然而通过相对较弱的非共价力构建而成,PDI基超分子材料的稳定性也受到了挑战。针对于此,将芳香核结构单元在一个方向上通过共价键桥接为链式聚合物,而它们之间在正交方向上的π-π堆叠相互作用仍然保留,如此,有望调控获得线性共轭聚合物。其不仅可以获得稳定性的增强,且有着利于电荷迁移的π-柱通道,而且还可以相应地改善分子排列的有序度。
图 2. a) 不同样品在全光谱辐射(783 mW cm-2)下的光催化析氧性能;b) 持续30 小时的高效产氧效果图;c) 计算的反应速率常数;d) Oxamide-PDI 的波长依赖性AQY结果和其UV-vis-NIR DRS谱图。
图3 a~c) 由KPFM测试得到的三个样品的表面电势结果;d) DFT计算揭示的样品三个构筑单元内的MESP和基态偶极矩;空穴/电子在基态e)以及f) S0→S1时的分布(绿色区域为电子分布,蓝色区域为空穴分布)。
原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202300655
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(责任编辑:xu)
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