Højtydende fotokatalytisk vandoxidation realiseret via ultratynde kovalente organiske ramme nanoark

Den fotokatalytiske vandoxidationsproces spiller en afgørende rolle for at opnå en effektiv sol-til-kemisk proces ved at muliggøre fotokatalytisk vandspaltning og CO₂ /N₂ fiksering. Imidlertid har manglen på veldesignede fotokatalysatorer til at overvinde den træge kinetik af vandoxidation hæmmet den igangværende forskning. Derfor er det vigtigt at udvikle en effektiv fotokatalysator for vandoxidation.

I en undersøgelse offentliggjort i Science Advances , Prof. Wang Yaobings team fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter af det kinesiske videnskabsakademi har foreslået en ny tilgang til det rationelle design af en ionisk type kovalent organisk ramme (CoTPP-CoBpy_{3 ) med atomart ultratynde nanosheets morfologi, høj vandaffinitet, effektiv ladningsadskillelse og kinetisk favoriseret vandoxidationsmekanisme. CoTPP-CoBpy3 vandoxidationsfotokatalysator klarer sig bedre end de fleste af de rapporterede COF-baserede fotokatalysatorer.}

Forskerne demonstrerede den ultratynde nanoarkmorfologi af CoTPP-CoBpy₃ i forskellige opløsningsmidler ved atomic force microscopy (AFM) og cryo-TEM (transmission elektronmikroskopi). De bekræftede superhydrofilicitet ved kontaktvinkelmålinger (CA'er), zeta-potentialetests og beregninger af densitetsfunktionsteori (DFT).

Baseret på analysen af ​​ladningsadskillelsesegenskaben ved femtosekunds transient absorption (fs-TA) spektre, indså forskerne den ultrahurtige intramolekylære ladningsoverførsel (ICT) mellem to triplettilstande, en forlænget levetid for exciteret tilstand og den relæerede elektronoverførselsvej.

Ved at kombinere DFT-beregninger og in situ svækket totalreflektans infrarødt spektrum (in situ ATR-IR) spektroskopi demonstrerede de en end-on type superoxidradikaladsorption i det enkelte koboltaktive sted for første gang, hvilket tyder på en kinetisk favoriseret vandoxidationsvej .

Forskerne foreslår en elektron-mellem kaskademekanisme for synergistisk kobling af den relæerede elektronoverførselsvej og katalytiske vandoxidations-mellemudviklinger. En sådan elektron-mellem kaskademekanisme understreger, at den elektron-relæerede tilstand af det aktive Co-sted kunne være mere gavnligt for vandoxidation frem for en ekstrem hulakkumulering.

Denne undersøgelse præsenterer et effektivt vandoxidationsfotokatalysatordesign, som tilbyder et lovende eksempel på udforskning af højtydende vandoxidationsfotokatalysatorer.

Flere oplysninger: Enbo Zhou et al., Ultratynde kovalente organiske ramme-nanoark til forbedret fotokatalytisk vandoxidation, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk8564

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Chinese Academy of Sciences