La división fotocatalítica del agua mediante semiconductores se considera una técnica prometedora para producir combustible de hidrógeno a partir de energía solar. La media reacción de evolución de oxígeno ha demostrado ser el cuello de botella para la división fotocatalítica general del agua debido a la barrera de alta energía y la cinética lenta. Es un gran desafío desarrollar fotocatalizadores eficientes para el avance de la oxidación del agua.
Al igual que el nitruro de carbono de grafeno, las estructuras de triazina covalentes (CTF) apiladas en π han ganado mucha atención en la división fotocatalítica del agua en los últimos años. La estructura completamente conjugada con los canales regulares en la red cristalina proporcionará vías definidas para el transporte eficiente del portador de carga e inhibirá la recombinación del portador de carga.
El rico contenido de nitrógeno produce naturalmente un extraordinario efecto heteroatómico (HAE), que puede afectar la distribución de electrones dentro de la estructura. Además, las distintas ventajas de los CTF incluyen sus propiedades fisicoquímicas, como la posición de la banda prohibida y la fotoactividad, la posibilidad de ajustarse sistemáticamente mediante la selección de monómeros, las estrategias de síntesis y la introducción de cocatalizador.
Se han propuesto varias estrategias para promover la eficiencia de la evolución de oxígeno fotocatalítico, incluida la sintonización de unidades de fenilo donadoras de electrones, el aumento de la cristalinidad del esqueleto y la exfoliación de los materiales a granel en nanohojas ultrafinas. Sin embargo, la mayoría de los esfuerzos se han centrado en el diseño estructural de los CTF o en mejorar la eficiencia de la transferencia de portadores de carga, mientras que los cocatalizadores se han pasado por alto en gran medida.
Cabe señalar que los cocatalizadores a base de metales se agregan fácilmente para formar nanopartículas debido a sus altas energías superficiales, y solo una pequeña fracción de los átomos en la superficie de estas nanopartículas pueden considerarse sitios activos, lo que reduce en gran medida la eficiencia fotocatalítica. Por lo tanto, inspirado en el catalizador atómico único, el desarrollo de CTF altamente cristalinos con la estructura de banda de energía adecuada en combinación con el cocatalizador de sitio único es un enfoque eficaz para lograr REA fotocatalíticos de alto rendimiento.
Recientemente, el profesor Bien Tan, Xiaoyan Wang y sus compañeros de trabajo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, China, propusieron una estrategia eficaz para anclar sitios individuales de cobalto en una estructura de triazina covalente basada en bipiridina (CTF-Bpy) para mejorar la evolución fotocatalítica del oxígeno. . El artículo se publica en el Chinese Journal of Catalysis. .
El catalizador CTF-Bpy-Co recientemente desarrollado ha mostrado mejoras notables en el rendimiento de evolución de oxígeno fotocatalítico, con una tasa de evolución de oxígeno de hasta 3359 μmol g –1 h –1 en la primera hora inicial y una tasa media de evolución de oxígeno de hasta 1.503 μmol g –1 h –1 durante 5 h (λ ≥ 420 nm), superando a la mayoría de los polímeros orgánicos porosos reportados.
Este enfoque innovador puede ofrecer información valiosa para lograr un rendimiento superior en la división fotocatalítica general del agua sin necesidad de agentes de sacrificio.
Más información: Ruixue Sun et al, Anclaje de sitios únicos de Co en un marco de triazina covalente basado en bipiridina para una evolución fotocatalítica eficiente del oxígeno, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64552-8
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
