Carbazole-containing covalent triazine frameworks for efficient hydrogen peroxide photosynthesis from natural sunlight

过氧化氢 阳光 三嗪 光合作用 共价键 咔唑 化学 光化学 材料科学 有机化学 生物化学 物理 光学
作者
Ruixue Sun,Xunliang Hu,Xiaoju Yang,Yantong Guo,C. Shu,Xuan Yang,Hui Gao,Xiaoyan Wang,Bien Tan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:490: 151332-151332 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151332
摘要

Hydrogen peroxide (H2O2) photosynthesis via polymer photocatalysts is an environmentally friendly and sustainable method for H2O2 production. However, their efficiency is currently unsatisfactory due to limited dissociation and insufficient migration of photogenerated charge carriers. Constructing donor–acceptor (D-A) type polymer photocatalysts has been demonstrated to be a promising approach to improve their optical and electronic properties related to charge carrier separation and migration. Herein, we design two donor–acceptor (D-A) type carbazole-containing covalent triazine frameworks (CTF-PCZs), namely CTF-BPCZ and CTF-TPCZ. These CTF-PCZs are found with reduce the exciton binding energy (Eb) and enhance charge carriers transfer ability compared to non-D-A type CTF-HUST-1. Remarkably, CTF-TPCZ exhibit excellent H2O2 photosynthesis performance, achieving a rate of up to 10331 μmol g−1h−1 from pure water under solar simulator (AM 1.5G), and 6039 μmol g−1h−1 from pure water under natural sunlight irradiation in scaled-up photocatalytic experiments, significantly surpass those of all previously reported polymer-based photocatalysts. In-situ experiments provide direct evidence for intermediates involved in the photocatalytic process. Both experiments and DFT calculations reveal that the triazine ring fragment plays a crucial role in H2O2 photosynthesis through a two-step single-electron oxygen reduction reaction (ORR) and the carbazolyl group plays a crucial role in one-step two-electron water oxidation reaction (WOR).
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