咨询热线:010-63716865

  当前位置 : 首页 > 资讯动态 > 论文发表 > 高质量乙烯基共价有机骨架的制备及光解水产氢的研究
点击返回新闻列表  
高质量乙烯基共价有机骨架的制备及光解水产氢的研究
发布时间:2023-03-16    浏览量:2833

1. 文章信息

标题:  Photocatalytic Hydrogen Production on a sp2-Carbon-Linked Covalent Organic Framework

中文标题:高质量乙烯基共价有机骨架的制备及光解水产氢的研究       

页码:  e202208919  

DOI:  10.1002/anie.202208919               

2. 文章链接

  https://doi.org/10.1002/anie.202208919 

3. 期刊信息

期刊名:Angewandte Chemie International Edition

ISSN:  1433-7851   

2022年影响因子:  16.823

分区信息: 中科院一区Top;JCR分区(Q1) 

涉及研究方向: 化学研究的各个领域  

4. 作者信息:第一作者是  吉林大学博士研究生马思和浙江大学杭州国际科创中心的邓天琪研究员 。通讯作者为  吉林大学的刘晓明教授、夏虹教授和新加坡高性能计算研究院的吴刚研究员

5. 光催化活性评价系统型号:CEL-SPH2N;氙灯光源型号:CEL-HXF300。


光催化水分解产氢是将太阳能转化为化学能的有效方法之一,可以在一定程度上缓解日益严重的能源短缺和环境污染问题。光催化剂在太阳能转化过程中起着不可或缺的作用,因为它们负责光的吸收,载流子的产生和传输以及催化剂表面的氧化还原反应。自1972年Fujishima和Honda开创性地报道了TiO2光电极上的光催化制氢的研究以来,研究者们在此基础上进行了大量探索和尝试,相继开发出了以钛酸锶和硫化镉为代表的无机半导体材料,金属有机骨架为代表的无机有机杂化材料和g-C3N4等有机半导体材料。然而,可修饰性差、吸光能力不足和低比表面积等缺陷的存在,限制了性能的提高和进一步实际性应用发展。近年来,二维共价有机骨架作为一种独特的晶态有机多孔材料被广泛应用于光催化领域,其中在光催化水分解析氢方向上的研究倍受关注,稳定连接和高催化活性的二维共价有机骨架光催化剂的设计和合成自然而然地成为了研究热点。

本工作通过梯度升温策略,采用廉价易得的2,4,6-三(4-甲酰基苯基)-1,3,5-三嗪和1,4-对苯二乙腈作为共聚单体,成功制备了高结晶性和大比表面积的稳定乙烯基连接的COF-JLU100(图1)。在抗坏血酸(AA)和三乙醇胺(TEoA)这两种牺牲试剂(SED)体系中的最高析氢速率分别为87565 µmol g-1 h-1和107380 µmol g-1 h-1,超过了先前报道的基于COF的光催化剂的活性,最高速率为经典的N3-COF的13倍。即使在模拟太阳光的照射下,两种牺牲试剂中均能获得较高的析氢速率。表观量子效率测得COF-JLU100在450 nm处的最高AQY为5.13%,这是目前报道的乙烯基连接COF的最高记录。此外,COF-JLU100在两种牺牲试剂条件下均能实现五次循环利用,且速率无明显降低,说明COF-JLU100具有较高的稳定性和优异的可重复使用性。(图2)

进一步地,我们还通过一系列表征和理论计算相结合,详细讨论了COFs结构与光催化性能之间的关系。COF-JLU100中的氰基乙烯片段,不仅增强了层间π-电子耦合,扩展了可见光响应范围,诱导更多的光生载流子,而且促使形成独立的电子和空穴π-柱传输通道,有利于载流子传输与分离。此外,COF-JLU100较高的表面亲水性,促进了催化剂颗粒在水中的分散,有利于光的吸收与利用,同时有助于光催化剂与水/牺牲试剂之间的相互作用。因此,COF-JLU100在光解水析氢性能中表现出高催化活性和稳定性。(图3)

总的来说,论文中报道了高结晶性和大比表面积的乙烯基共价有机骨架COF-JLU100的制备及高效光解水析氢性能,促进了在分子水平上新型COF基光催化剂的设计和合成及其在太阳能转换中的应用。


最新文章
《投稿精选》NiRu合金化电子结构调控缓解氢中毒实现稳定光热氨分解制氢
氨(NH3)作为一种理想的氢载体,具有高储氢密度(17.7 wt%)和无碳排放的优势,在氢能储运领域备受关注。然而,氨分解反应通常需要较高温度,且反应中间体(尤其是氢物种)易强吸附在催化剂表面,占据活性位点,导致“氢中毒”,严重制约反应效率和催化剂寿命。因此,开发兼具高活性、抗氢中毒能力和长期稳定性的低贵金属催化剂是氨分解领域亟待解决的关键问题。
《投稿精选》表面受阻路易斯酸碱对与Ru纳米加热器协同驱动无牺牲剂光催化 CO2还原
光催化CO2还原是一种将太阳能转化为化学燃料的理想路径,但其实际应用受到两大瓶颈制约:其一,CO2分子高度稳定,难以吸附和活化;其二,H2O氧化动力学缓慢,电子和质子供应不足。大多数研究仍需加入空穴捕获剂(如TEOA、甲醇等)或H2作为还原剂,这不仅增加了成本,也降低了能量存储效率。以水(H2O)作为唯一的电子和质子源进行全反应还原,是光催化领域的“终极挑战”。如何在不添加牺牲剂的情况下,平衡氧化还原动力学并加速CO2活化,是该领域亟待解决的科学难题。
《投稿精选》通过分子工程调控有机材料中的电子振动耦合实现高温太阳能光热转换
太阳能作为地球上最丰富的可再生能源之一,其高效利用对于应对化石能源危机和实现碳中和目标具有重要意义。作为实现太阳能-热转换的载体,新型光热材料的开发至关重要。近年来,有机光热材料因其出色的结构可调性、可加工性和生物相容性得到了广泛的关注。然而,关于此类材料的研究仍主要集中在光热治疗和海水淡化等领域,其工作温度普遍低于150 °C,远不能满足以聚光太阳能发电技术为代表的高温应用场景的需求。这主要归因于有机材料在太阳光吸收能力、光热转换效率和热稳定性等方面的局限。
2022-2025@北京中教金源科技有限公司 版权所有 京公安网备11010602007561        京ICP备10039872号

扫码添加客服

服务热线

010-63716865

扫一扫,了解更多