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应用于海水环境中高效光催化裂解水制氢的水溶性共轭小分子

时间:2019-01-16 17:34      发布人:廖燕菲      阅读:117

光催化裂解水制氢是一种理想的获取清洁能源手段,因此高效光催化剂在近年的研究工作中备受关注。目前所报道的有机光催化剂往往具有疏水性结构,同时大都不能溶于常规溶剂,会造成批次差异以及难以在水溶液中形成均匀分散等问题。另外,对于光催化制氢领域,最为理想的模型自然是直接将海水资源加以利用。然而传统的光催化剂因为海水高盐度的特点,不能有效的在海水环境中进行工作。开发一种能够在海水环境中实现高效光催化制氢的有机光催化剂体系是理想的。

近日,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞教授课题组发现将海水中对催化作用影响最大的氯离子加以利用,使之促进所设计的水溶性共轭小分子PorFN形成超分子组装。作者首先在不同浓度的氯化钠溶液中对PorFN分子的组装行为进行探究,结果发现溶液中氯离子的存在会通过静电作用诱导PorFN分子形成组装结构,并且所形成结构的粒径会随着盐浓度的提高而增大。这样的结构大大促进了分子间电荷转移,也突破了电子从单分子光敏剂转移到铂纳米颗粒的距离限制,获得了盐水环境中的高效的光催化制氢体系。作者还通过超快荧光光谱等手段研究了电荷转移的速率以及反应机理等内容,并发现合适的粒径尺寸对于获得高的光催化产氢效率是至关重要的。太小的粒径尺寸会限制铂纳米颗粒的负载,过大的粒径尺寸会阻碍光生载流子的有效传输。最终作者将该小分子材料应用于人工模拟海水环境中,发现其光催化制氢效率可达10.8 mmol h-1 g-1,这一结果也是目前所报道有机半导体光催化制氢研究最高效率之一。

相关成果发表在Advanced Functional Materials上(Adv. Funct. Mater. 2019, doi: 10.1002/adfm.201808156),其中通讯作者为黄飞教授和陕西师范大学蒋加兴教授,第一作者为杨喜业博士。相关工作得到了国家自然科学基金和广州市科技计划项目支持。

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