福州大學王心晨Angew. Chem. Int. Ed. : 具有可調能帶結構的功能化三嗪基聚合物用于光催化產氧

【引言】

光合作用以還原碳的形式將太陽能轉化為化學能，使得大氣中氧氣含量增加，這也激勵著研究人員對于人工光合成的孜孜求索。為了實現人工光合成這一目標，最近研究人員將具有半導體特性的共軛聚合物引入光催化分解水，以彌補已深入研究了40年的無機半導體的不足。共軛聚合物在可持續性、成本效益、可加工性和可調節性方面存在一定優勢。事實上，共軛聚合物由于其光電性能以及在柔性電子器件中的應用獲得了較多關注，而在人工光合作用中應用仍較少。

【成果簡介】

近日，福州大學王心晨教授(通訊作者)等溫和的制備了三種具有不同鏈長度的共軛三嗪基聚合物(CTPs) ，并在Angew. Chem. Int. Ed.上發表了題為“Photocatalytic Oxygen Evolution from Functional Triazine-Based Polymers with Tunable Band Structures”的研究論文。該論文被選為重點(VIP)論文。通過增加骨架中供電子芐基的數量，調控CTPs的鏈長度，進而調節其電子、光學和氧化還原性質，光催化產氧性能增強，上述分解水半反應由于緩慢的反應動力學更具有挑戰性。該研究成果有望引發關于功能性聚合物的興趣，以及利用分子工程策略構筑用于光合作用的具有適宜氧化還原能級的半導體。

【圖文簡介】

圖1 CTPs合成過程示意圖

CTPs合成過程示意圖。

圖2 CTPs的化學結構、光吸收和能帶結構

a) CTPs的固體¹³C NMR譜；

b) CTPs和CN的UV/Vis DRS光譜；

c) CTPs和CN的能帶結構示意圖。

圖3 CTP-2和Co/CTP-2的形貌和光電性質表征

a) Co/CTP-2的TEM圖像以及C、N和Co元素分布；

b) CTP-2和Co/CTP-2的PL曲線(λ_ex=340 nm)；

c) CTP-2和Co/CTP-2的極化曲線以及光電流響應。

圖4 CTPs和CN的光催化測試

a) 鈷負載量對于CTP-2產氧速率的影響(λ>300 nm)；

b) CTPs和CN在紫外/可見光下的產氧速率(λ>300 nm)；

c) CTP-2和CN產氧量隨時間的變化；

d) CTP-2和CN產氫量隨時間的變化。

【小結】

研究人員已經開發出一系列CTPs作為有機光催化劑分解水產氧。調節前驅體的連接結構和電子性質對于CTPs的光催化產氧活性具有重大影響。與其他CTPs和CN聚合物相比，CTP-2具有最優光催化活性。CTP-2聚合物也展現出優越的可見光催化制氫活性，約是CN聚合物的5倍。CTP-2優越的催化效率應歸因于光吸收增強和空穴的氧化能力增強的協同作用。調節CTPs骨架進行光催化產氧為實現全分解水提供了新的機遇。

文獻鏈接：Photocatalytic Oxygen Evolution from Functional Triazine-Based Polymers with Tunable Band Structures?(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201711155)

本文由材料人編輯部新能源小組abc940504編譯整理，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065953”。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！