大数跨境
首页
>
【催化】卤素调控的二维配位聚合物在空气和纯水条件下的高效过氧化氢光合作用
>
0
0

【催化】卤素调控的二维配位聚合物在空气和纯水条件下的高效过氧化氢光合作用

【催化】卤素调控的二维配位聚合物在空气和纯水条件下的高效过氧化氢光合作用 X-MOL资讯
2023-12-09
2
导读：中国科学院福建物质结构研究所的洪茂椿院士团队通过快速简便的合成方法，在室温下合成了一系列之字形2D CPs（CuX-dptz），在纯水和露天环境下，无需任何添加剂，即可显示出卓越的光催化H2O2生产性


过氧化氢（H2O2）是一种清洁高效的氧化剂，被列为全球最重要的100种化学品之一，在环境治理、化工生产和工业制造领域具有广泛应用。其工业生产主要依赖蒽醌氧化工艺，该工艺涉及多个步骤的反应，具有能耗高、过程危险等诸多缺点。因此，急需开发节能环保的新型H2O2生产技术。

光催化合成H2O2仅以地球上丰富的水和O2为原料，以可再生的太阳光为能源，被认为是一种绿色、安全和节能的方案。然而，在大多数情况下，添加牺牲剂和向反应体系中持续鼓泡O2是不可避免的，这增加了生产成本以及后续分离和纯化的难度。需要开发一种理想的H2O2光合作用系统，该系统在露天和纯水中进行，不使用任何有机溶剂或其他化学添加剂，具有重要的现实意义。

二维配位聚合物（2D CPs）是一类新兴的晶体材料，由金属节点和有机配体构成，具有比表面积大、基底活性位点丰富、电子传递能力强、载流子迁移距离小等特点，被认为是高效光催化合成H2O2的最佳候选材料。在此，中国科学院福建物质结构研究所的洪茂椿院士团队通过快速简便的合成方法，在室温下合成了一系列之字形2D CPs（CuX-dptz），在纯水和露天环境下，无需任何添加剂，即可显示出卓越的光催化H2O2生产性能。其中，CuBr-dptz的H2O2生成速率高达1874 μmol g-1 h-1，超过了大多数已报道的光催化剂在此条件下的生成速率，甚至可与牺牲剂和O2支持的光催化剂相媲美。H2O2的生产是基于两电子两步ORR过程，中间体是•O2-。活性Cu反应位点的配位环境可通过卤原子进行调节，进而影响电子转移过程，最终决定反应活性。理论计算显示，CuBr-dptz中的光生电子分离良好，容易转移到反应底物上，有利于H2O2光合作用的发生。这是首次在如此具有挑战性的条件下将2D CPs用于光催化产生H2O2，这为开发便携式原位H2O2光合作用装置提供了一条新途径。

图1. (a) CuX-dptz中Cu+的配位模式。(b) CuX-dptz沿a轴的视图。(c) CuX-dptz的合成过程和二维结构示意图。插图：以CuBr-dptz片状结构为例的TEM图像。

图2. (a) 不同催化剂用量的CuBr-dptz在照射一小时后的H2O2产率。(b) CuCl-dptz、CuBr-dptz和CuI-dptz在纯水和无添加剂的露天条件下的平均光催化H2O2产率。条件：λ > 400nm，水（80 mL），催化剂（5 mg）。(c) CuBr-dptz的AQY和(d) SCC效率。(e) CuBr-dptz 的循环实验结果。(f) CuBr-dptz 长期实验的平均结果。条件：λ > 400 nm，水（160 mL），催化剂（20 mg）。误差条代表三次独立测量的标准偏差。

图3. (a) 不同清除剂（CuCl2，电子清除剂；MeOH，空穴清除剂；BQ，•O2-清除剂）的光催化H2O2产率。(b) 光照10分钟后CuBr-dptz的DMPO-•O2-信号。(c) 模拟实验中850-1350 cm-1处的原位傅立叶变换红外光谱。(d) 不同气氛（氩气、氧气和空气）下的光催化H2O2产率。(e) 在-0.80 V (vs. Ag/AgCl)下通过RDE测量得到的Koutecky-Levich图。(f) 模拟光催化条件下CuBr-dptz中Cu2+的EPR信号。

图4. (a) 以二维CuX-dptz为催化剂通过ORR途径光生成H2O2的示意图。(b) 优化的CuCl-dptz、CuBr-dptz和CuI-dptz上两步两电子ORR过程的吉布斯自由能图。(c) CuCl-dptz、CuBr-dptz和CuI-dptz的Cu 3d的PDOS。

这一成果近期发表在上Angew. Chem. Int. Ed.上，第一作者是中国科学技术大学博士研究生张结萍，通讯作者为陈莲研究员和洪茂椿院士。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Halogen-Modulated 2D Coordination Polymers for Efficient Hydrogen Peroxide Photosynthesis under Air and Pure Water Conditions
Jieping Zhang, Hang Lei, Zhijia Li, Feilong Jiang, Lian Chen, Maochun Hong
Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202316998


导师介绍
洪茂椿
https://www.x-mol.com/university/faculty/22915



点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊

【声明】内容源于网络
0
0
X-MOL资讯
“X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。
内容 19833
粉丝 0
X-MOL资讯 “X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。
总阅读1.6k
粉丝0
内容19.8k