O processo de oxidação fotocatalítica da água desempenha um papel vital na obtenção de um processo solar-químico eficiente, permitindo a divisão fotocatalítica da água e CO₂ /N₂ fixação. No entanto, a falta de fotocatalisadores bem projetados para superar a lenta cinética da oxidação da água tem impedido a pesquisa em andamento. Portanto, é importante desenvolver um fotocatalisador eficiente para oxidação da água.



Em um estudo publicado na Science Advances , A equipe do Prof. Wang Yaobing do Instituto Fujian de Pesquisa sobre a Estrutura da Matéria da Academia Chinesa de Ciências propôs uma nova abordagem para o projeto racional de uma estrutura orgânica covalente do tipo iônico (CoTPP-CoBpy₃ ) com morfologia atômica de nanofolhas ultrafinas, alta afinidade pela água, separação eficiente de carga e mecanismo cinético de oxidação da água favorecido. O CoTPP-CoBpy₃ o fotocatalisador de oxidação de água supera a maioria dos fotocatalisadores baseados em COF relatados.

Os pesquisadores demonstraram a morfologia da nanofolha ultrafina de CoTPP-CoBpy₃ em vários solventes por microscopia de força atômica (AFM) e crio-TEM (microscopia eletrônica de transmissão). Eles confirmaram a superhidrofilia por meio de medições de ângulo de contato (CAs), testes de potencial zeta e cálculos da teoria do funcional de densidade (DFT).

Com base na análise da propriedade de separação de carga por espectros de absorção transiente de femtosegundo (fs-TA), os pesquisadores perceberam a transferência de carga intramolecular ultrarrápida (ICT) entre dois estados tripletos, um tempo de vida prolongado do estado excitado e a via de transferência de elétrons retransmitida.

Ao combinar cálculos de DFT e espectroscopia de espectro infravermelho de refletância total atenuada in situ (ATR-IR in situ), eles demonstraram pela primeira vez uma adsorção de radical superóxido do tipo terminal no único sítio ativo de cobalto, sugerindo uma via de oxidação de água cineticamente favorecida .

Os pesquisadores propõem um mecanismo de cascata intermediária de elétrons de acoplamento sinérgico da via de transferência de elétrons retransmitida e evoluções intermediárias de oxidação catalítica da água. Esse mecanismo de cascata intermediária de elétrons enfatiza que o estado retransmitido por elétrons do sítio ativo Co poderia ser mais benéfico para a oxidação da água, em vez de um acúmulo extremo de buracos.

Este estudo apresenta um projeto eficiente de fotocatalisador de oxidação de água, que oferece um exemplo promissor para exploração de fotocatalisadores de oxidação de água de alto desempenho.

Mais informações: Enbo Zhou et al, Nanofolhas de estrutura orgânica covalente ultrafina para oxidação fotocatalítica aprimorada da água, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk8564
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