Adv. Mater.：銅基納米結構配位聚合物用于可見光光催化

【引言】

光活性材料對于太陽能轉化來說，至關重要。幾十年以來，具有光活性的材料主要是無機非金屬材料，例如，TiO₂、ZnO和CdS等。而近年來，發現很多有機材料已經具有光催化活性，能夠應用于水的分解，污染物的去除以及功能化有機分子，而這類材料中主要是以共軛有機物為代表的聚合物。

銅由于具有配位/電子傳遞特性，它在化學/生物催化過程中十分活躍。同時，由于銅具有復雜而豐富的活化態使得其在傳感器、光催化劑和光感功能器件中應用十分廣泛。為此，科學界已經對如何整合銅基配位聚合物所具有的催化活性和超凡的光物理性質做出了相當大的努力。

【成果簡介】

近日，中國科學院化學研究所光化學重點實驗室宋文靜副研究員（通訊作者）團隊合成了苯基乙酰基銅（PhC₂Cu）納米帶。長程有序的結構使得該納米帶具有2.3 eV的光感禁帶寬度。其最為特別之處在于它的結構有利于電子-空穴的分離。在可見光（波長為：420 nm~800 nm）下，PhC₂Cu在消除水中有機污染物三氯乙酸（TCA）、甲基橙（MO）和2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）方面，表現出十分有益的性能。據研究人員介紹，該物質的光活性主要是由于PhC₂Cu具有高的導帶能量，電子從PhC₂Cu導帶傳導至TCA可以使其C-Cl鍵斷裂，從而增快降解速率，得到氫化產品（如二氯乙酸DCA）。這項研究成果為發展新型的光催化薄膜材料納米結構的銅基乙炔化物打下了重要的基礎。

【圖文導讀】

圖1：PhC₂Cu的結構表征

a）PhC₂Cu的XRD圖，其中，插圖部分為PhC₂Cu的粉末照片；

b）PhC₂Cu的晶體結構示意圖（黑色球指C原子，白色球指H原子，灰色球為Cu原子）；

c）PhC₂Cu的SEM圖；

d）PhC₂Cu的TEM圖。

圖2：利用密度泛函理論（DFT）的計算結果

a）PhC₂Cu態密度（DOS）；

b）局域態密度（PDOS）。

圖3：基于標準漫反射圖譜所做的Tauc測量

a）PhC₂Cu粉末的漫反射圖譜，其中插圖為PhC₂Cu懸浮液的吸收光譜；

b）PhC₂Cu在435 nm波長下激發后的發射光譜。

圖4：針對不同有機污染物在不同條件下PhC₂Cu的光致降解性能測試

a）針對TCA的測試，其中C_TCA=1.0x10^-4 mol/L，C_PhC2Cu=1.0 g/L；

b）針對MO的測試，其中C_MO=6.0x10^-5 mol/L，C_PhC2Cu=0.5 g/L；

c）針對2,4-DCP的測試，C_2，4-DCP=1.0x10^-4 mol/L，C_PhC2Cu=1.0 g/L；

d）不同波長下針對2,4-DCP的降解，PhC₂Cu的表觀量子產量。

注：以上所使用光的波長范圍都是（420—800 nm）

圖5：在光催化條件下形成O₂^·—的過程

a）在光催化條件下，通過硝基四唑藍（NBT）法檢測，形成O₂^·—的過程，其中C_PhC2Cu=0.5 g/L，波長為420—800 nm，溫度20 ℃；

b）在光催化條件下，通過N，N-二乙基-p-苯二胺（DPD）—山葵過氧化物酶（POD）法檢測，形成H₂O₂的過程，其中C_PhC2Cu=0.125 g/L，波長為420—800 nm，溫度20 ℃。

文獻鏈接：Copper-Based Coordination Polymer Nanostructure for Visible Light Photocatalysis （Adv. Mater. 2016，DOI: 10.1002/adma.201603556）

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