La scissione fotocatalitica dell'acqua mediante semiconduttori è considerata una tecnica promettente per la produzione di combustibile a idrogeno dall'energia solare. La semireazione di evoluzione dell'ossigeno ha dimostrato di essere il collo di bottiglia per la scissione fotocatalitica complessiva dell'acqua a causa dell'elevata barriera energetica e della cinetica lenta. È una grande sfida sviluppare fotocatalizzatori efficienti per l'avanzamento dell'ossidazione dell'acqua.
Similmente al nitruro di carbonio del grafene, le strutture covalenti triaziniche (CTF) impilate π hanno guadagnato molta attenzione nella scissione fotocatalitica dell'acqua negli ultimi anni. La struttura completamente coniugata con i canali regolari nella rete cristallina fornirà percorsi definiti per un trasporto efficiente dei portatori di carica e inibirà la ricombinazione dei portatori di carica.
Il ricco contenuto di azoto si traduce naturalmente nello straordinario effetto eteroatomico (HAE), che può influenzare la distribuzione degli elettroni all'interno della struttura. Inoltre, i vantaggi distinti dei CTF includono le loro proprietà fisico-chimiche, come la posizione del gap di banda e la fotoattività, la possibilità di essere sistematicamente sintonizzati mediante la selezione di monomeri, le strategie di sintesi e l'introduzione del cocatalizzatore.
Sono state proposte diverse strategie per promuovere l'efficienza dell'evoluzione dell'ossigeno fotocatalitico, inclusa la regolazione delle unità feniliche donatrici di elettroni, l'aumento della cristallinità dello scheletro e l'esfoliazione dei materiali sfusi in nanofogli ultrasottili. Tuttavia, la maggior parte degli sforzi si è concentrata sulla progettazione strutturale dei CTF o sul miglioramento dell'efficienza del trasferimento dei portatori di carica, mentre i cocatalizzatori sono stati ampiamente trascurati.
Va notato che i cocatalizzatori a base metallica si aggregano facilmente per formare nanoparticelle a causa delle loro elevate energie superficiali, e solo una piccola frazione degli atomi sulla superficie di queste nanoparticelle può essere considerata come siti attivi, il che riduce notevolmente l’efficienza fotocatalitica. Pertanto, ispirato al catalizzatore atomico singolo, lo sviluppo di CTF altamente cristallini con la struttura di bande energetiche appropriata in combinazione con il cocatalizzatore a sito singolo è un approccio efficace per ottenere OER fotocatalitici ad alte prestazioni.
Recentemente, il professor Bien Tan, Xiaoyan Wang e colleghi dell'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong, Cina, hanno proposto una strategia efficace per ancorare singoli siti di cobalto in una struttura triazinica covalente a base di bipiridina (CTF-Bpy) per migliorare l'evoluzione fotocatalitica dell'ossigeno . L'articolo è pubblicato sul Chinese Journal of Catalysis .
Il catalizzatore CTF-Bpy-Co di nuova concezione ha mostrato notevoli miglioramenti nelle prestazioni di evoluzione dell'ossigeno fotocatalitico, con un tasso di evoluzione dell'ossigeno fino a 3.359 μmol g –1 h –1 nella prima ora e un tasso medio di evoluzione dell'ossigeno fino a 1.503 μmol g –1 h –1 per 5 ore (λ ≥ 420 nm), superando la maggior parte dei polimeri organici porosi riportati.
Questo approccio innovativo può offrire preziose informazioni per ottenere prestazioni superiori nella scissione fotocatalitica complessiva dell'acqua senza la necessità di agenti sacrificali.
Ulteriori informazioni: Ruixue Sun et al, Ancoraggio di singoli siti Co su una struttura triazinica covalente a base di bipiridina per un'efficiente evoluzione fotocatalitica dell'ossigeno, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64552-8
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
