A divisão fotocatalítica da água usando semicondutores é considerada uma técnica promissora para a produção de combustível de hidrogênio a partir da energia solar. A meia reação de evolução do oxigênio provou ser o gargalo para a divisão fotocatalítica geral da água devido à alta barreira de energia e à cinética lenta. É um grande desafio desenvolver fotocatalisadores eficientes para o avanço da oxidação da água.



Semelhante ao nitreto de carbono de grafeno, as estruturas de triazina covalente empilhadas (CTFs) ganharam muita atenção na divisão fotocatalítica da água nos últimos anos. A estrutura totalmente conjugada com os canais regulares na rede cristalina fornecerá caminhos definidos para o transporte eficiente do portador de carga e inibirá a recombinação do portador de carga.

O rico conteúdo de nitrogênio resulta naturalmente no extraordinário efeito heteroatômico (HAE), que pode afetar a distribuição de elétrons dentro da estrutura. Além disso, vantagens distintas dos CTFs incluem suas propriedades físico-químicas, como a posição do band gap e a fotoatividade, a possibilidade de serem sistematicamente ajustados pela seleção de monômeros, as estratégias de síntese e a introdução do cocatalisador.

Várias estratégias foram propostas para promover a eficiência da evolução fotocatalítica do oxigênio, incluindo o ajuste de unidades fenil doadoras de elétrons, aumentando a cristalinidade do esqueleto e esfoliando os materiais a granel em nanofolhas ultrafinas. No entanto, a maior parte dos esforços concentrou-se no desenho estrutural dos CTFs ou no aumento da eficiência da transferência dos portadores de carga, enquanto os cocatalisadores foram amplamente negligenciados.

Deve-se notar que os cocatalisadores à base de metal se agregam facilmente para formar nanopartículas devido às suas altas energias superficiais, e apenas uma pequena fração dos átomos na superfície dessas nanopartículas pode ser considerada como sítio ativo, o que reduz bastante a eficiência fotocatalítica. Assim, inspirado no catalisador atômico único, o desenvolvimento de CTFs altamente cristalinos com a estrutura de banda de energia apropriada em combinação com o cocatalisador de sítio único é uma abordagem eficaz para obter REA fotocatalíticos de alto desempenho.

Recentemente, o professor Bien Tan, Xiaoyan Wang e colegas de trabalho da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, na China, propuseram uma estratégia eficaz para ancorar locais únicos de cobalto em uma estrutura de triazina covalente baseada em bipiridina (CTF-Bpy) para melhorar a evolução fotocatalítica do oxigênio. . O artigo foi publicado no Chinese Journal of Catalysis .

O recém-desenvolvido catalisador CTF-Bpy-Co exibiu melhorias notáveis ​​no desempenho fotocatalítico de evolução de oxigênio, com uma taxa de evolução de oxigênio de até 3.359 μmol g ^–1 h ^–1 na primeira hora e uma taxa média de evolução de oxigênio de até 1.503 μmol g ^–1 h ^–1 por 5 h (λ ≥ 420 nm), excedendo a maioria dos polímeros orgânicos porosos relatados.

Esta abordagem inovadora pode oferecer informações valiosas para alcançar um desempenho superior na divisão fotocatalítica geral da água sem a necessidade de agentes sacrificiais.

Mais informações: Ruixue Sun et al, Anchoring single Co sites on bipyridine-based covalent triazine framework forefficient photocatalytic Oxygen Evolution, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64552-8
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências