Hierarchical organization of perylene bisimides and polyoxometalates for photo-assisted water oxidation

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作者
Marcella Bonchio,Zois Syrgiannis,Max Burian,Nadia Marino,Erica Pizzolato,Konstantin Dirian,Francesco Rigodanza,Giulia Alice Volpato,Giuseppina La Ganga,Nicola Demitri,Serena Berardi,Heinz Amenitsch,Dirk M. Guldi,Stefano Caramori,Carlo Alberto Bignozzi,Andrea Sartorel,Maurizio Prato
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:11 (2): 146-153 被引量:158
标识
DOI:10.1038/s41557-018-0172-y
摘要

The oxygen in Earth's atmosphere is there primarily because of water oxidation performed by photosynthetic organisms using solar light and one specialized protein complex, photosystem II (PSII). High-resolution imaging of the PSII 'core' complex shows the ideal co-localization of multi-chromophore light-harvesting antennas with the functional reaction centre. Man-made systems are still far from replicating the complexity of PSII, as the majority of PSII mimetics have been limited to photocatalytic dyads based on a 1:1 ratio of a light absorber, generally a Ru–polypyridine complex, with a water oxidation catalyst. Here we report the self-assembly of multi-perylene-bisimide chromophores (PBI) shaped to function by interaction with a polyoxometalate water-oxidation catalyst (Ru4POM). The resulting [PBI]5Ru4POM complex shows a robust amphiphilic structure and dynamic aggregation into large two-dimensional paracrystalline domains, a redshifted light-harvesting efficiency of >40% and favourable exciton accumulation, with a peak quantum efficiency using 'green' photons (λ > 500 nm). The modularity of the building blocks and the simplicity of the non-covalent chemistry offer opportunities for innovation in artificial photosynthesis. In native photosystem II (PSII), multi-chromophore antennas surround the reaction centre, capturing light and triggering the quantized (four-flashes) photo-oxidation of water to oxygen. The PSII 'quantasome' is the most efficient photo-electrolyser built so far. An artificial quantasome has now been developed; it is specifically designed for oxygen evolution by self-assembling light-harvesting-perylene bisimides with a ruthenium polyoxometalate water-oxidation catalyst.
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