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復旦大學張凱教授課題組綜述:設計用于可見光光催化的共軛多孔聚合物
2019-10-10  來源:高分子科技

  傳統小分子光催化劑具有金屬毒性、成本昂貴、穩定性不高、難以重復利用等缺點。因此,迫切需要從非金屬、非均相等方面尋求新的光催化劑材料。共軛多孔聚合物(CPP)是一種新型的光催化劑,具有非金屬、非均相、可設計等優勢,是傳統均相光催化劑最具前景的替代品之一。

  近期,復旦大學材料科學系張凱教授課題組撰寫了題為“Designing conjugated porous polymers for visible light-driven photocatalytic chemical transformations”的綜述論文,旨在總結以共軛多孔聚合物(CPP)為基本結構的非均相光催化材料的結構設計、光物理與電子特性控制的最新進展。該綜述論文發表在英國皇家化學學會旗下的學術期刊Materials Horizons上。

圖1.  CPP的“設計建造”。

  該論文首先概括了CPP能夠應用于光催化領域的原因:由于其共軛擴展和由此形成的能帶帶隙,使得其具有可見光光子捕獲能力。CPP的聚合物主鏈為sp2雜化,pz軌道垂直于主鏈,從而使得π鍵離域化和能帶帶隙產生。在可見光照射下,CPP產生空穴-電子對,光生電子與空穴將導致電荷分離與能量轉移。在激發態下的CPP表面,光生電子被傳輸予反應底物是為還原過程,而空穴則與反應底物給出的電子結合是為氧化過程。因此對于具有光催化性的CPP材料,應主要研究以下三個方面:(1)可見光吸收及其能帶帶隙范圍;(2)光生電荷與載流子的有效分離及分子內傳輸;(3)電子或能量轉移以及能帶位置與底物氧化還原電位的匹配。從這三個主要方面,作者列舉了幾年來在CPP光催化材料領域的一系列論文報道,并總結了CPP分子結構設計與合成和性能優化方法。

圖2. CPP的光催化反應過程和結構設計策略。

  不僅在分子水平的設計能夠影響CPP的光催化性能,宏觀層面的設計,即形貌、比表面積、孔徑和官能團等因素,也能夠提高催化反應效率。作者列舉了近年來在本領域的一些報道,例如,(1)通過模板法構建不同的聚合物形貌,提高反應效率;(2)改變CPP的孔隙率,控制催化過程的反應速率;(3)將功能基團特別是親水基團與CPP整合,賦予催化劑更好的親水性和其他性能。這些方法提高了CPP的催化能力,擴展了應用范圍,并且讓CPP有更好的應用前景。

  怎樣在光催化活性與生產成本中找到平衡點,開發出新的合成方法,以實現CPP大規模應用于光催化工藝中,將是未來研究中的重要方向。

  該論文的第一作者為洪堡博后,現任韓國科學技術研究院(KIST)的Jeehye Byun研究員,通訊作者為復旦大學張凱教授

  論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh01071h#!divAbstract

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(責任編輯:xu)
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