Conjugated Microporous Polymer Nanosheets for Overall Water Splitting Using Visible Light

共轭微孔聚合物 材料科学 分解水 光催化 聚合物 共轭体系 可见光谱 光化学 微型多孔材料 化学工程 光催化分解水 纳米技术 光电子学 有机化学 催化作用 化学 工程类 复合材料
作者
Lei Wang,Yangyang Wan,Yanjun Ding,Sikai Wu,Ying Zhang,Xinlei Zhang,Guoqing Zhang,Yujie Xiong,Xiaojun Wu,Jinlong Yang,Hangxun Xu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:29 (38) 被引量:397
标识
DOI:10.1002/adma.201702428
摘要

Direct water splitting into H2 and O2 using photocatalysts by harnessing sunlight is very appealing to produce storable chemical fuels. Conjugated polymers, which have tunable molecular structures and optoelectronic properties, are promising alternatives to inorganic semiconductors for water splitting. Unfortunately, conjugated polymers that are able to efficiently split pure water under visible light (400 nm) via a four-electron pathway have not been previously reported. This study demonstrates that 1,3-diyne-linked conjugated microporous polymer nanosheets (CMPNs) prepared by oxidative coupling of terminal alkynes such as 1,3,5-tris-(4-ethynylphenyl)-benzene (TEPB) and 1,3,5-triethynylbenzene (TEB) can act as highly efficient photocatalysts for splitting pure water (pH ≈ 7) into stoichiometric amounts of H2 and O2 under visible light. The apparent quantum efficiencies at 420 nm are 10.3% and 7.6% for CMPNs synthesized from TEPB and TEB, respectively; the measured solar-to-hydrogen conversion efficiency using the full solar spectrum can reach 0.6%, surpassing photosynthetic plants in converting solar energy to biomass (globally average ≈0.10%). First-principles calculations reveal that photocatalytic H2 and O2 evolution reactions are energetically feasible for CMPNs under visible light irradiation. The findings suggest that organic polymers hold great potential for stable and scalable solar-fuel generation.
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