Perylenetetracarboxylic acid nanosheets with internal electric fields and anisotropic charge migration for photocatalytic hydrogen evolution

光催化 载流子 电场 材料科学 光化学 制氢 单层 化学 电子 纳米技术 化学物理 光电子学 催化作用 分子 物理 有机化学 量子力学
作者
Yan Guo,Qixin Zhou,Jun Nan,Wenxin Shi,Fuyi Cui,Yongfa Zhu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:183
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29826-z
摘要

Abstract Highly efficient hydrogen evolution reactions carried out via photocatalysis using solar light remain a formidable challenge. Herein, perylenetetracarboxylic acid nanosheets with a monolayer thickness of ~1.5 nm were synthesized and shown to be active hydrogen evolution photocatalysts with production rates of 118.9 mmol g −1 h −1 . The carboxyl groups increased the intensity of the internal electric fields of perylenetetracarboxylic acid from the perylene center to the carboxyl border by 10.3 times to promote charge-carrier separation. The photogenerated electrons and holes migrated to the edge and plane, respectively, to weaken charge-carrier recombination. Moreover, the perylenetetracarboxylic acid reduction potential increases from −0.47 V to −1.13 V due to the decreased molecular conjugation and enhances the reduction ability. In addition, the carboxyl groups created hydrophilic sites. This work provides a strategy to engineer the molecular structures of future efficient photocatalysts.
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