Positional isomerism engineering toward minimizing exciton binding energy in sulfone copolymers for enhanced uranyl photoreduction

铀酰 结合能 异构化 材料科学 光化学 激子 共轭体系 光致发光 物理化学 化学 聚合物 光电子学 高分子化学 有机化学 催化作用 原子物理学 物理 量子力学 冶金 复合材料
作者
Mei Xu,Yiping Liu,Yitong Lin,Jing Zhang,Renping Liang,Shanshan Yu,Zhibin Zhang,Fengtao Yu
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:344: 127259-127259 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.127259
摘要

Conjugated microporous polymers (CMPs) have emerged as promising platforms for photocatalytic separation and enrichment of radionuclides. However, the development of CMPs with efficient exciton dissociation and free charge generation is still highly hindered by their high exciton binding energy (Eb). Herein, for the first time, three sulfone-containing CMPs are fabricated to regulate Eb by position isomerism of altering linkage sites. Temperature-dependent photoluminescence spectra reveals that ECUT-3,7-SO with 3,7-site linkage achieves a diminished Eb of 40.1 meV. DFT calculation complementally demonstrate that the Eb is related to its strongly polarized electric field and large conjugation degree, which can be easily regulated via position isomerism of its building blocks. Among the three, ECUT-3,7-SO exhibits a completely conjugated structure and a large molecular dipole moment, thus significantly reducing the Eb. As a result, ECUT-3,7-SO exhibits the highest photoreduction uranium rate constant (k, T = 298.15 K) of 0.081 min−1, and the maximum uranium extraction capacity of 918.0 mg g−1 under visible-light irradiation. This work highlights the importance of positional isomerization to the development of low exciton binding energy photocatalyst for uranium resource field.
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