Forskare vid National University of Singapore (NUS) har utvecklat ett mikroporöst kovalent organiskt ramverk med täta donator-acceptorgitter och konstruerade kopplingar för effektiv och ren produktion av väteperoxid (H2 O2 ) genom fotosyntesprocessen med vatten och luft.
Traditionell industriell produktion av H2 O2 via antrakinonprocessen att använda väte och syre är mycket energikrävande. Detta tillvägagångssätt använder giftiga lösningsmedel och dyra ädelmetallkatalysatorer och genererar betydande avfall från sidoreaktioner.
Däremot fotokatalytisk produktion av H2 O2 från syre och vatten erbjuder en energieffektiv, mild och ren väg. Det viktigaste är att det tar itu med de vanliga nackdelarna med befintliga fotokatalytiska system, såsom låg aktivitet, kraftig användning av ytterligare alkoholofferdonatorer och nödvändigheten av ren syrgasinmatning.
En forskargrupp ledd av professor Jiang Donglin från NUS Department of Chemistry har utvecklat en ny typ av fotokatalysator för effektiv artificiell fotosyntes av H2 O2 från vatten och luft. Forskarna konstruerade hexavalenta kovalenta organiska ramverk (COF) där skelettet är designat för att vara donatoracceptor π-kolonner för höghastighets fotoinducerad laddningsgenerering och katalytiskt aktiva platser.
Parallellt är poren konstruerad med hydrauliskt känsliga trigonala mikroporösa kanaler för omedelbar leverans av reaktanter vatten och syre. Som ett resultat producerar dessa sexvärda COFs H2 O2 spontant och effektivt från vatten och atmosfärisk luft när de utsätts för synligt ljus i både batch- och flödesreaktorer.
Under laboratorieförhållanden visar COFs en kvanteffektivitet på 17,5 procent under synligt ljus vid 420 nm i batchreaktorer. Detta system kan utvecklas för att konstruera självrengörande ytor och för desinfektionsbehandlingar.
Forskningsresultaten publicerades i Nature Catalysis .
Prof Jiang sa:"I detta arbete har vi framgångsrikt tagit itu med en viktig och vanlig fråga inom fotokatalysatorer, elektrokatalysatorer och heterogena katalysatorer, som är effektiv tillförsel av laddningar och massa till katalytiska platser. Vårt fokus på exakt strukturell design på atomnivå för att utforska både skelett och porer av COFs har lett till skapandet av ett artificiellt fotosyntessystem för H2 O2 produktion, vilket uppnår oöverträffad fotokatalytisk effektivitet."
Mer information: Ruoyang Liu et al, Länkningskonstruerade donator-acceptor kovalenta organiska ramverk för optimal fotosyntes av väteperoxid från vatten och luft, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01102-3
Tillhandahålls av National University of Singapore
