Non-noble Metal Single-Molecule Photocatalysts for the Overall Photosynthesis of Hydrogen Peroxide

化学 光催化 人工光合作用 贵金属 分子 光化学 催化作用 纳米技术 有机化学 材料科学
作者
Fan Fu,Yongxin Liu,Mingliang Liu,Zhengguang Li,Wanying Zhong,Yaqin Li,Kaixiu Li,Jun Wang,Yongchao Huang,Yiming Li,Wei Liu,Yi Zhang,Kaisong Xiang,Hui Liu,Pingshan Wang,Die Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (8): 6390-6403 被引量:27
标识
DOI:10.1021/jacs.4c09445
摘要

Despite the great progress in molecule photocatalytic solar energy conversion, it is particularly challenging to realize a photocatalytic overall reaction in a non-noble metal complex, which represents a new paradigm for photosynthesis. In this study, a class of novel non-noble metal complexes with head-to-tail geometry were designed and readily synthesized via the coordination of triphenylamine-modified 2,2': 6',2″-terpyridine ligands with Zn2+. As expected, these complexes exhibited the desired through-space charge-transfer transition, generating both long-lived excited states (on the order of microseconds) and separate redox centers under visible-light irradiation. These complexes have particularly low exciton binding energies, which make them excellent heterogeneous single molecular photocatalysts for the overall photosynthetic production of H2O2. Remarkably, a high H2O2 evolution rate (8862 μmol g-1 h-1) was achieved in pure H2O under an air atmosphere via precise molecular tailoring, revealing the unparalleled advantages of molecular photocatalysts in improving the catalytic rate of H2O2 production. This is the first time that single-molecule photocatalysts have been used to efficiently complete the photosynthesis of H2O2. This study presents a new paradigm for photocatalytic energy conversion and provides unique insights into the design of molecular photocatalysts.
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