Enhancing Carrier Transport via σ‐Linkage Length Modulation in D‐σ‐A Semiconductors for Photocatalytic Oxidation

烷基 堆积 化学 位阻效应 光催化 二亚胺 咪唑 电子迁移率 光化学 材料科学 有机化学 光电子学 催化作用 分子
作者
Weixu Liu,Chang He,Sijie Huang,Kunfeng Zhang,Wei Zhu,Liping Liu,Zijian Zhang,Enwei Zhu,Yu Chen,Chen Chen,Yongfa Zhu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (27) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/anie.202304773
摘要

Carrier transport is an equally decisive factor as carrier separation for elevating photocatalytic efficiency. However, limited by indefinite structures and low crystallinities, studies on enhancing carrier transport of organic photocatalysts are still in their infancy. Here, we develop an σ-linkage length modulation strategy to enhance carrier transport in imidazole-alkyl-perylene diimide (IMZ-alkyl-PDI, corresponding to D-σ-A) photocatalysts by controlling π-π stacking distance. Ethyl-linkage can shorten π-π stacking distance (3.19 Å) the most among IMZ-alkyl-PDIs (where alkyl=none, ethyl, and n-propyl) via minimizing steric hindrance between D and A moieties, which leads to the fastest carrier transport rates. Thereby, IMZ-ethyl-PDI exhibits remarkable enhancement in phenol degradation with 32-fold higher rates than IMZ-PDI, as well as the oxygen evolution rate (271-fold increased). In microchannel reactors, IMZ-ethyl-PDI also presents 81.5 % phenol removal with high-flux surface hydraulic loading (44.73 L m-2 h-1 ). Our findings provide a promising molecular design guideline for high-performance photocatalysts and elucidate crucial internal carrier transport mechanisms.
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