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Nature Chemistry亮点：光催化剂的失活与重生

时间：2022-05-14 来源：浏览：

Nature Chemistry亮点：光催化剂的失活与重生

学研汇催化计

催化计

微信号 icat2019

功能介绍我为催化狂！

收录于合集

生物光合成体系中的分子能够通过酶修复过程实现维持长期光合作用功能，但是这种通过生物灵感设计的包含光合成中心、桥连配体、催化中心的工光合作用结构在其中单独的结构模块被破坏后，整个催化结构无法保持稳定并且将分解，这阻碍了光催化整体结构的功能性和操作能性能。

目前， 乌尔姆大学 Sven Rau 、耶拿大学 Benjamin Dietzek-Ivanšić 等 报道发现光催化结构的桥连配体由于氢化导致光生电子无法从光活性中心位点转移到催化活性中心位点，这是导致催化活性衰减的主要原因。并且进一步发展了光催化中心位点活化单线态 O ₂ 从而将氧化的桥连结构脱氢，从而恢复光催化制氢性能。（阅读原文）

俄亥俄州立大学 Claudia Turro 对该研究进行总结，对研究的意义进行评述。

本文要点

要点 1. 作者发现制氢光催化体系能够通过单线态 O ₂ 分子修复，从而实现能够长期工作的光催化体系。首先构建了由 Ru(II) 光吸收结构、 Pt(II) 催化剂、桥连结构相连的光催化制氢分子体系。这个体系的一个缺陷是因为其中一个或者多个组分在长期光照条件工作后发生降解。

要点2 . 这个光催化分子体系中生成一分子 H ₂ 需要两个质子和两个电子，这个过程需要光吸收单元恢复并且产生第二个电子，通过桥连结构将第二个电子转移，该电子通过供电子三乙胺分子提供，通过两个电子导致 Pt(II) 还原为 Pt(0) ，随后在质子存在条件中生成 H-H 化学键，生成 H ₂ 。作者发现桥连结构在催化制氢反应起到重要作用，并且通过光谱、化学还原、电子吸附、原位瞬态吸收等研究，发现 tpphz 桥连结构被还原，随后在连续的光照条件发生质子化生成 Ru-(tpphzH·)-PtI ₂ 结构，该结果是催化反应的中间体。 伴随着光催化反应过程延长，发现生成没有光催化活性的结构 Ru-(tpphzH ₂ )-PtI ₂ 。随后作者发现，当催化剂还原为 Ru-(tpphzH ₂ )-PtI ₂ 结构，当暴露于氧气气氛中，催化活性失活结构重新脱氢生成具有催化活性的结构 Ru-(tpphz)-PtI ₂ ，但是重新恢复的时间长达 10 天。作者发现， 通过光照处理乙腈溶剂 Ru-(tpphz)-PtI ₂ 的 O ₂ ，生成单线态 O ₂ 的速率显著提高，在 1 min 左右就能恢复催化剂的结构 。这种通过单线态 O ₂ 分子修复光催化剂的方法为人工光合制备清洁能源提供方法。