Self-assembling hydrogel scaffolds for photocatalytic hydrogen production

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作者
Adam Weingarten,Roman V. Kazantsev,Liam C. Palmer,Mark McClendon,Andrew R. Koltonow,Amanda P. S. Samuel,Derek J. Kiebala,Michael R. Wasielewski,Samuel I. Stupp
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:6 (11): 964-970 被引量:421
标识
DOI:10.1038/nchem.2075
摘要

Integration into a soft material of all the molecular components necessary to generate storable fuels is an interesting target in supramolecular chemistry. The concept is inspired by the internal structure of photosynthetic organelles, such as plant chloroplasts, which colocalize molecules involved in light absorption, charge transport and catalysis to create chemical bonds using light energy. We report here on the light-driven production of hydrogen inside a hydrogel scaffold built by the supramolecular self-assembly of a perylene monoimide amphiphile. The charged ribbons formed can electrostatically attract a nickel-based catalyst, and electrolyte screening promotes gelation. We found the emergent phenomenon that screening by the catalyst or the electrolytes led to two-dimensional crystallization of the chromophore assemblies and enhanced the electronic coupling among the molecules. Photocatalytic production of hydrogen is observed in the three-dimensional environment of the hydrogel scaffold and the material is easily placed on surfaces or in the pores of solid supports. Self-assembled ribbons of perylene amphiphiles have been shown to crystallize in the presence of a nickel-based hydrogen production catalyst, allowing efficient electronic coupling between the perylene chromophores. This hydrogel material photocatalyses the production of H2, and can be shaped and placed on surfaces for incorporation into devices.
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