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刘健研究员、武利民教授 Angew：蒽醌分子修饰的间苯二酚-甲醛树脂光催化剂高效生产H2O2

时间：2023-01-10 来源：浏览：

刘健研究员、武利民教授 Angew：蒽醌分子修饰的间苯二酚-甲醛树脂光催化剂高效生产H2O2

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#间苯二酚-甲醛树脂 2 个

#蒽醌 2 个

#分子级设计 2 个

#光催化生产H2O2 2 个

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人工光合作用，即通过半导体光催化剂将太阳能转化为增值化学品和燃料，如 H ₂ O ₂ ，是最有前景的解决目前全球生态和能源问题的方法之一。然而，大多数光催化剂都面临光响应能力不足以及需要使用牺牲试剂或助催化剂的问题。高温水热合成的间苯二酚 - 甲醛 (RF) 树脂具有优异的可见光吸收能力，并且结构中包含电子供体（ D ）和电子受体（ A ）。但是 RF 树脂的电荷分离能力仍是限制其光催化活性的关键因素之一。

为此，中国科学院大连化学物理研究所 / 内蒙古大学刘健研究员团队与复旦大学 / 内蒙古大学武利民教授团队合作，提出分子级设计 RF 树脂结构的策略，成功实现对材料结构中 D/A 比例的调控，增强材料电荷分离能力。具体而言，团队通过扩展的 Stӧber 法，将缺电子 1,4- 二羟基蒽醌 (DHAQ) 引入到 RF 的骨架中 , 有效的调节 RF 中的 D/A 比例，构筑了包含蒽醌分子的 RF 树脂光催化剂 ( 图 1) 。

图 1. 包含蒽醌的 RF 树脂合成过程及形貌表征。

通过飞秒瞬态吸收 (TA) 光谱表明在 N ₂ 气氛下，所有样品在 6ns 内没有明显的衰减。而在有 O ₂ 存在的空气中含有蒽醌的样品显示出更快的瞬态吸收动力学衰减，这表明调控 D/A 比例可以显著的促进 RF 中的电子转移，使电子更加快速的转移到 O ₂ 上 ( 图 2) 。以光催化生产 H ₂ O ₂ 反应为例 , 包含蒽醌的 RF 树脂展现优异的光催化生产 H ₂ O ₂ 催化活性 , 大约是 RF 的四倍。太阳能到化学能的转化 (SCC) 效率达到 1.2% ，是目前文献报道最高的 SCC 效率。

图 2. 包含蒽醌的 RF 树脂的瞬态吸收动力学过程以及光催化生产 H ₂ O ₂ 效率

此外，本工作通过 ¹⁸ O ₂ 的同位素标记和牺牲剂实验证明了包含蒽醌的样品可以通过氧还原和水氧化两种机制产生 H ₂ O ₂ 。利用准原位 EPR ，原位漫反射红外傅里叶变换 (DRIFT) 谱图和原位 X 射线光电子能谱 (XPS) 检测到两种途径生产 H ₂ O ₂ 的中间产物，确认反应机理。最后密度泛函理论 (DFT) 计算表明，蒽醌分子可以更有效的吸附 O ₂ , 并且降低 H ₂ O ₂ 产生的能量势垒。