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清華大學 HOF材料中微孔限域激子光催化析氫

來源：時間：2023-07-18 09:21:57 瀏覽：2423次

第一作者：周啟昕

通訊作者：朱永法教授、郭燕教授

通訊單位：清華大學、香港大學

DOI: 10.1038/s41929-023-00972-x

01

研究背景

有機半導體是一類具有吸引力的光催化劑，但其量子產率受到光生電荷傳輸至表面的限制。具有一維（1D）通道微孔的有機骨架在有機光催化劑中具有很好的應用前景，孔隙材料因豐富反應位點和加速傳質過程，有利于非均相催化反應。氫鍵有機骨架HOF-H4TBAPy因其獨特的性質，在光化學中引起了人們的關注，但其孔結構對激子遷移和孔限制反應的影響尚不清楚。清華大學朱永法教授、香港大學/清華大學郭燕教授等人報道了利用具有親水性1D微孔通道的氫鍵有機框架HOF-H4TBAPy作為這種方法的概念驗證。在光輻照下，光生激子迅速傳輸至相鄰微孔的內表面，產生僅1.88 nm的傳輸路徑，從而顯著提高激子利用率。

02

文章要點

1、本研究提出了一種在HOF-H4TBAPy中微孔限制激子傳遞占主導地位的光催化機制。

2、通過控制1D通道長度（≤0.59 μm），作者發現微孔道限制激子在光催化中起主導作用，并顯著提高了H2的析出速率，HOF-H4TBAPy的光催化析氫速率最高達到358 mmol h?1 g?1（537 μmol h?1），420 nm處的表觀量子產率（AQY）為28.6%。

3、在可擴展的平板反應器中，在輻照（1000 W m?2）9 h內，每平方米負載HOF-H4TBAPy的纖維收集了超過1 mol H2。通過構建可接近的1D微孔道來限制激子，為增強有機半導體的光活性提供了一種新途徑。

03

圖文展示

圖1. HOF-H₄TBAPy的結構

圖2.超快光譜學研究微孔限制的激子傳輸

圖3. HOF-H₄TBAPy的光催化析氫性能

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