Legături rigide prelungesc durata de viață a sarcinilor în fotocataliză
Cercetătorii au dezvoltat un cadru covalent organic (COF) cu legături de tip cumarină, care permite descompunerea fotocatalitică a apei pentru producerea hidrogenului cu eficiență ridicată. Noul material, obținut printr-o strategie de policondensare într-un singur pas, s-a dovedit a avea o rigiditate conformațională superioară structurilor similare cu legături imină sau vinil.
Durată de viață a stării de separare a sarcinilor de aproximativ 1.000 de ori mai mare
În COF-urile conjugate convenționale, legăturile flexibile pot executa rotații în afara planului, perturbând conjugarea π și accelerând disiparea energiei, ceea ce limitează separarea sarcinilor. Introducerea legăturii rigide, planare, de cumarină a suprimat fluctuațiile structurale și a favorizat delocalizarea electronilor π. Ca rezultat, starea cu sarcini separate a persistat de aproximativ 1.000 de ori mai mult decât în cazul analogului cu legături imină.
Randament cuantic aparent de 37,95% la 405 nanometri
Cu nanoparticule de Pt drept cocatalizator, electronii fotogenerați s-au transferat de la COF la Pt în aproximativ 407 picosecunde, facilitând reducerea protonilor și degajarea hidrogenului. Materialul a atins o rată de evoluție a hidrogenului de 531 mmol g⁻¹ h⁻¹ sub iradiere la 440 nm, cu un randament cuantic aparent de 37,95% la 405 nm. De asemenea, a înregistrat o rată de 166 mmol g⁻¹ h⁻¹ în lumină vizibilă peste 420 nm, demonstrând potențialul său pentru producția practică de hidrogen solar.
Perspective pentru fotocatalizatori organici de înaltă performanță
„Această lucrare oferă o strategie simplă și eficientă pentru ajustarea dinamicii sarcinilor în COF-urile conjugate prin inginerie de legătură”, a declarat profesorul Zhang Tao de la Institutul Ningbo de Tehnologia și Ingineria Materialelor al Academiei Chineze de Științe, autor corespondent al studiului. „Ea face lumină asupra proiectării și aplicării fotocatalizatorilor organici de înaltă performanță pentru producția de hidrogen solar.”
Posibilă soluție pentru criza energetică globală
Descompunerea fotocatalitică a apei este o metodă promițătoare de conversie a energiei solare în hidrogen, cu potențial de a atenua criza energetică globală. COF-urile sunt polimeri cristalini, poroși, construiți din molecule organice legate prin legături covalente puternice, iar structura lor personalizabilă permite ajustarea precisă a proprietăților, ceea ce le face candidați ideali pentru fotocataliză. Rezultatele au fost publicate în revista Nature Synthesis.
