Forankring af enkelte Co-steder på bipyridin-baserede kovalente triazinstrukturer til fotokatalytisk oxygenudvikling

Fotokatalytisk vandopdeling ved hjælp af halvledere betragtes som en lovende teknik til fremstilling af brintbrændstof fra solenergi. Iltudviklingshalvreaktionen har vist sig at være flaskehalsen for fotokatalytisk overordnet vandopdeling på grund af den høje energibarriere og den træge kinetik. Det er en stor udfordring at udvikle effektive fotokatalysatorer til fremme af vandoxidation.

I lighed med grafen-carbonnitrid har π-stablede kovalente triazinstrukturer (CTF'er) fået stor opmærksomhed i fotokatalytisk vandopdeling i de seneste år. Den fuldt konjugerede struktur med de regulære kanaler i det krystallinske netværk vil give definerede veje til effektiv ladningsbærertransport og hæmme ladningsbærerrekombinationen.

Det rige nitrogenindhold resulterer naturligvis i den ekstraordinære heteroatomiske effekt (HAE), som kan påvirke elektronfordelingen i strukturen. Ydermere omfatter forskellige fordele ved CTF'er deres fysisk-kemiske egenskaber, såsom båndgabets position og fotoaktivitet, muligheden for systematisk at blive justeret ved udvælgelse af monomerer, syntesestrategierne og introduktion af cokatalysator.

Flere strategier er blevet foreslået for at fremme den fotokatalytiske iltudviklingseffektivitet, herunder tuning af elektrondonerende phenylenheder, øget krystallinitet af skelettet og eksfoliering af bulkmaterialerne til ultratynde nanoark. Imidlertid har de fleste af indsatsen været fokuseret på det strukturelle design af CTF'er eller forbedring af ladningsbæreroverførselseffektiviteten, mens cokatalysatorer stort set er blevet overset.

Det skal bemærkes, at de metalbaserede cokatalysatorer let aggregerer for at danne nanopartikler på grund af deres høje overfladeenergier, og kun en lille del af atomerne på overfladen af ​​disse nanopartikler kan betragtes som aktive steder, hvilket i høj grad reducerer den fotokatalytiske effektivitet. Derfor, inspireret af den enkeltatomare katalysator, er udviklingen af ​​højkrystallinske CTF'er med den passende energibåndstruktur i kombination med single-site cokatalysatoren en effektiv tilgang til at opnå højtydende fotokatalytisk OER.

For nylig foreslog professor Bien Tan, Xiaoyan Wang og kolleger fra Huazhong University of Science and Technology, Kina, en effektiv strategi til forankring af enkelte koboltsteder i en bipyridin-baseret kovalent triazinramme (CTF-Bpy) for at forbedre fotokatalytisk oxygenudvikling . Artiklen er offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis .

Den nyudviklede CTF-Bpy-Co-katalysator har udvist bemærkelsesværdige forbedringer i fotokatalytisk oxygenudviklingsydelse med en oxygenudviklingshastighed på op til 3.359 μmol g ^–1 h ^–1 i den første 1 time og en gennemsnitlig iltudviklingshastighed på op til 1.503 μmol g ^–1 h ^–1 i 5 timer (λ ≥ 420 nm), hvilket overstiger de fleste af de rapporterede porøse organiske polymerer.

Denne innovative tilgang kan give værdifuld indsigt for at opnå overlegen ydeevne i fotokatalytisk overordnet vandspaltning uden behov for opofrende midler.

Flere oplysninger: Ruixue Sun et al., Forankring af enkelte Co-steder på bipyridin-baseret kovalent triazinramme for effektiv fotokatalytisk oxygenudvikling, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64552-8

Leveret af Chinese Academy of Sciences