El proceso de oxidación fotocatalítica del agua juega un papel vital para lograr un proceso eficiente de conversión de energía solar a química al permitir la división fotocatalítica del agua y la eliminación del CO2. /N2 fijación. Sin embargo, la falta de fotocatalizadores bien diseñados para superar la lenta cinética de oxidación del agua ha impedido la investigación en curso. Por lo tanto, es importante desarrollar un fotocatalizador de oxidación de agua eficiente.
En un estudio publicado en Science Advances , el equipo del Prof. Wang Yaobing del Instituto Fujian de Investigación sobre la Estructura de la Materia de la Academia China de Ciencias ha propuesto un enfoque novedoso para el diseño racional de una estructura orgánica covalente de tipo iónico (CoTPP-CoBpy3 ) con morfología atómica de nanohojas ultrafinas, alta afinidad por el agua, separación de carga eficiente y mecanismo cinético de oxidación del agua favorecido. El CoTPP-CoBpy3 El fotocatalizador de oxidación de agua supera a la mayoría de los fotocatalizadores basados en COF.
Los investigadores demostraron la morfología de nanohojas ultrafinas de CoTPP-CoBpy3 en diversos disolventes mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) y crio-TEM (microscopía electrónica de transmisión). Confirmaron la superhidrofilicidad mediante mediciones del ángulo de contacto (CA), pruebas de potencial zeta y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).
Basándose en el análisis de la propiedad de separación de carga mediante espectros de absorción transitoria de femtosegundos (fs-TA), los investigadores realizaron la transferencia de carga intramolecular ultrarrápida (TIC) entre dos estados tripletes, una vida útil prolongada del estado excitado y la vía de transferencia de electrones por retransmisión. P>
Al combinar cálculos de DFT y espectroscopía de espectro infrarrojo de reflectancia total atenuada in situ (ATR-IR in situ), demostraron por primera vez una adsorción de radicales superóxido de tipo final en el sitio activo de cobalto único, lo que sugiere una vía de oxidación del agua cinéticamente favorecida. .
Los investigadores proponen un mecanismo de cascada de electrones intermedios de acoplamiento sinérgico de la vía de transferencia de electrones por retransmisión y evoluciones intermedias de oxidación catalítica del agua. Este mecanismo de cascada de electrones intermedios enfatiza que el estado transmitido por electrones del sitio activo de Co podría ser más beneficioso para la oxidación del agua que para una acumulación extrema de agujeros.
Este estudio presenta un diseño eficiente de fotocatalizador de oxidación de agua, que ofrece un ejemplo prometedor para la exploración de fotocatalizadores de oxidación de agua de alto rendimiento.
Más información: Enbo Zhou et al, Nanohojas de estructura orgánica covalente ultrafina para una oxidación fotocatalítica mejorada del agua, Avances científicos (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk8564
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
