Il processo di ossidazione fotocatalitica dell'acqua svolge un ruolo vitale nel raggiungimento di un efficiente processo solare-chimico consentendo la scissione fotocatalitica dell'acqua e la produzione di CO2 /N2 fissazione. Tuttavia, la mancanza di fotocatalizzatori ben progettati per superare la lenta cinetica dell’ossidazione dell’acqua ha impedito la ricerca in corso. Pertanto, è importante sviluppare un efficiente fotocatalizzatore per l'ossidazione dell'acqua.
In uno studio pubblicato su Science Advances , il team del Prof. Wang Yaobing del Fujian Institute of Research on the Structure of Matter dell'Accademia cinese delle scienze ha proposto un nuovo approccio per la progettazione razionale di una struttura organica covalente di tipo ionico (CoTPP-CoBpy3 ) con morfologia atomica di nanofogli ultrasottili, elevata affinità con l'acqua, efficiente separazione della carica e meccanismo di ossidazione dell'acqua favorito dalla cinetica. Il CoTPP-CoBpy3 il fotocatalizzatore per l'ossidazione dell'acqua supera la maggior parte dei fotocatalizzatori basati su COF riportati.
I ricercatori hanno dimostrato la morfologia ultrasottile dei nanofogli di CoTPP-CoBpy3 in vari solventi mediante microscopia a forza atomica (AFM) e crio-TEM (microscopia elettronica a trasmissione). Hanno confermato la superidrofilicità mediante misurazioni dell'angolo di contatto (CA), test del potenziale zeta e calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT).
Sulla base dell'analisi della proprietà di separazione della carica mediante spettri di assorbimento transitorio al femtosecondo (fs-TA), i ricercatori hanno realizzato il trasferimento di carica intramolecolare ultraveloce (ICT) tra due stati di tripletto, una durata prolungata dello stato eccitato e il percorso di trasferimento degli elettroni relè.
Combinando i calcoli DFT e la spettroscopia dello spettro infrarosso a riflettanza totale attenuata in situ (ATR-IR in situ), hanno dimostrato per la prima volta un adsorbimento di radicali superossido di tipo end-on nel singolo sito attivo di cobalto, suggerendo un percorso di ossidazione dell'acqua cineticamente favorito .
I ricercatori propongono un meccanismo a cascata elettrone-intermedio di accoppiamento sinergico del percorso di trasferimento degli elettroni e delle evoluzioni intermedie dell'ossidazione catalitica dell'acqua. Un tale meccanismo a cascata elettrone-intermedio sottolinea che lo stato di relè elettronico del sito attivo Co potrebbe essere più vantaggioso per l'ossidazione dell'acqua piuttosto che per un accumulo estremo di lacune.
Questo studio presenta un progetto efficiente di fotocatalizzatore per l'ossidazione dell'acqua, che offre un esempio promettente per l'esplorazione di fotocatalizzatori per l'ossidazione dell'acqua ad alte prestazioni.
Ulteriori informazioni: Enbo Zhou et al, Nanofogli con struttura organica covalente ultrasottile per una migliore ossidazione fotocatalitica dell'acqua, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk8564
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
