上海有機所在多孔高分子光催化材料研究中取得進展
文章來源:上海有機化學研究所 | 發(fā)布時間:2024-09-12 | 【打印】 【關(guān)閉】
過氧化氫(H2O2)是一種重要的化工原料,在工業(yè)、醫(yī)療、化學合成等領(lǐng)域被廣泛應用。與目前已有的多種H2O2生產(chǎn)方法,如過硫酸鹽電解、醇氧化和電化學合成相比,光催化利用具有合適帶隙和活性位點的半導體,在可見光驅(qū)動下發(fā)生氧化還原反應,是較有應用前景的綠色H2O2生產(chǎn)方法之一,這一方法的關(guān)鍵是開發(fā)高性能的催化材料。共價有機框架 (COFs) 是一類內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度有序、骨架可預設(shè)計、性質(zhì)可調(diào)的多孔聚合物半導體材料,這些特點賦予了其成為高性能光催化劑的潛力。
中國科學院上海有機化學研究所趙新課題組長期致力于COFs的合成及其應用研究,發(fā)展了一系列新結(jié)構(gòu)的COFs,并開展了相關(guān)性質(zhì)、功能與應用的研究。鑒于偶氮聚合物表現(xiàn)出良好的共軛程度和光物理性質(zhì),在光催化方面具有很大的應用前景,在該課題組前期所發(fā)展的-N=N-鍵連COFs合成方法的基礎(chǔ)上(Nat. Commun.?2022,13,2180.),他們最近與合作者進一步制備了新結(jié)構(gòu)的偶氮COF (COF-TPT-Azo),通過與亞胺COF (COF-TPT-TPA) 的對比研究,發(fā)現(xiàn)盡管在骨架中只有一個原子種類的不同 (-C=N- vs. -N=N-),COF-TPT-Azo表現(xiàn)出更寬的光吸收范圍、更窄的帶隙、更強的電荷分離和遷移能力 (Angew. Chem. Int. Ed. 2024,e202409250)。
將上述兩種COFs用于光催化合成H2O2,研究發(fā)現(xiàn),在氧氣飽和的堿性水溶液 (pH = 11) 中,無需額外添加犧牲劑,可見光照射下COF-TPT-Azo光催化生成H2O2的速率為1498 μmol g-1 h-1,是相同條件下COF-TPT-TPA的7.9倍。上述研究表明,偶氮COFs作為一類新型的晶態(tài)多孔高分子和有機半導體材料,在光催化方面具有很大的應用潛力。
該研究得到中國科學院先導項目、國家自然科學基金委和材料復合新技術(shù)國家重點實驗室的資助。
圖1 (a) COF-TPT-Azo的合成及其光催化合成H2O2的示意圖;(b) 不同連接鍵的性質(zhì)對比示意圖。
