La division photocatalytique de l’eau à l’aide de semi-conducteurs est considérée comme une technique prometteuse pour produire de l’hydrogène à partir de l’énergie solaire. La demi-réaction de dégagement d’oxygène s’est avérée être le goulot d’étranglement pour la division photocatalytique globale de l’eau en raison de la barrière énergétique élevée et de la cinétique lente. C'est un grand défi de développer des photocatalyseurs efficaces pour faire progresser l'oxydation de l'eau.
Semblables au nitrure de carbone de graphène, les structures de triazine covalentes (CTF) empilées π ont attiré beaucoup d'attention dans la division photocatalytique de l'eau ces dernières années. La structure entièrement conjuguée aux canaux réguliers du réseau cristallin fournira des voies définies pour un transport efficace des porteurs de charge et inhibera la recombinaison des porteurs de charge.
La riche teneur en azote entraîne naturellement un effet hétéroatomique extraordinaire (HAE), qui peut affecter la distribution électronique au sein de la structure. De plus, les avantages distincts des CTF incluent leurs propriétés physicochimiques, telles que la position de la bande interdite et la photoactivité, la possibilité d'être systématiquement ajustés par sélection de monomères, les stratégies de synthèse et l'introduction de cocatalyseur.
Plusieurs stratégies ont été proposées pour promouvoir l'efficacité du dégagement photocatalytique de l'oxygène, notamment le réglage des unités phényle donneurs d'électrons, l'augmentation de la cristallinité du squelette et l'exfoliation des matériaux en vrac en nanofeuillets ultraminces. Cependant, la plupart des efforts ont été concentrés sur la conception structurelle des CTF ou sur l'amélioration de l'efficacité du transfert des porteurs de charge, tandis que les cocatalyseurs ont été largement négligés.
Il convient de noter que les cocatalyseurs à base de métaux s'agrègent facilement pour former des nanoparticules en raison de leurs énergies de surface élevées, et que seule une petite fraction des atomes à la surface de ces nanoparticules peut être considérée comme des sites actifs, ce qui réduit considérablement l'efficacité photocatalytique. Par conséquent, inspiré par le catalyseur atomique unique, le développement de CTF hautement cristallins avec la structure de bande d'énergie appropriée en combinaison avec le cocatalyseur à site unique est une approche efficace pour obtenir des REL photocatalytiques de haute performance.
Récemment, le professeur Bien Tan, Xiaoyan Wang et ses collègues de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, en Chine, ont proposé une stratégie efficace pour ancrer des sites de cobalt uniques dans un cadre de triazine covalent à base de bipyridine (CTF-Bpy) afin d'améliorer l'évolution photocatalytique de l'oxygène. . L'article est publié dans le Chinese Journal of Catalysis. .
Le catalyseur CTF-Bpy-Co nouvellement développé a présenté des améliorations remarquables dans les performances de dégagement d'oxygène photocatalytique, avec un taux de dégagement d'oxygène allant jusqu'à 3 359 μmol g –1 . h –1 au cours de la première heure et un taux moyen de dégagement d'oxygène allant jusqu'à 1 503 μmol g –1 h –1 pendant 5 h (λ ≥ 420 nm), dépassant la plupart des polymères organiques poreux signalés.
Cette approche innovante peut offrir des informations précieuses pour obtenir des performances supérieures en matière de division photocatalytique globale de l'eau sans avoir besoin d'agents sacrificiels.
Plus d'informations : Ruixue Sun et al, Ancrage de sites Co uniques sur un cadre de triazine covalent à base de bipyridine pour un dégagement photocatalytique efficace de l'oxygène, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI :10.1016/S1872-2067(23)64552-8
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
