Điều khiển chuyển giao điện tích theo sơ đồ S thông qua các lưỡng cực bề mặt được tạo ra bởi các polyme điện ly chứa amin

Science in China Series B: Chemistry - Tập 66 - Trang 2098-2108 - 2023
Tao Li1, Chuang Feng1, Biquan Xiong2, Xuhui Zhu1, Zhicai He1, Wai-Yeung Wong2
1Institute of Polymer Optoelectronic Materials and Devices, State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, School of Material Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, China
2Department of Applied Biology & Chemical Technology and Research Institute for Smart Energy, The Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Hong Kong, China

Tóm tắt

Việc thiếu một nguồn điều khiển bề mặt mạnh mẽ cho các chất xúc tác quang đa thành phần là một yếu tố cần thiết dẫn đến sự chuyển giao điện tích không đồng đều qua biên giới dị thể, cũng như sự tái kết hợp các hạt mang điện, điều này làm cho việc điều khiển chuyển giao điện tích của các vật liệu composite trở thành một vấn đề khó khăn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chứng minh một hệ thống quang học kích thích chuyển giao điện tích động cơ lưỡng cực điện với việc sử dụng polyme điện ly poli-fluorene chứa amin (tức là PFN) và ma trận bán dẫn vô cơ (tức là WO3) làm các khối xây dựng để định hướng chuyển giao điện tích ở bề mặt, hiệu quả nhắm vào các hạt mang điện được kích thích quang đến các vị trí hoạt động. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng lý thuyết cho thấy rằng tương tác liên kết điện tử giữa các nhóm amin giàu điện tử treo dọc theo xương sống PFN và bề mặt WO3 cho phép sự phân bố điện tích không đồng đều tại giao diện qua dị hợp chất WO3@PFN, điều này cuối cùng thúc đẩy sự hình thành các lưỡng cực bề mặt được định hướng từ xương sống macromolecule liên hợp của PFN đến bề mặt của ma trận WO3. Các lưỡng cực bề mặt với động lực học chuyển giao điện tích tuyệt vời tự phát kích hoạt sự chuyển động điện tích đơn hướng và tăng tốc theo sơ đồ S từ khung WO3 đến chuỗi liên hợp của PFN do độ chênh lệch băng phù hợp tại giao diện, qua đó cung cấp cho các cấu trúc dị hợp WO3@PFN một hiệu suất quang hoạt đáng kể. Những phát hiện này sẽ cung cấp một số hiểu biết vào việc thiết kế các chất xúc tác quang dị hợp tiên tiến cho việc chuyển đổi năng lượng mặt trời cũng như trong việc nghiên cứu cơ chế hoạt động của các lớp điện ly trong các thiết bị quang điện.

Từ khóa

#chuyển giao điện tích; lưỡng cực bề mặt; polyme điện ly; xúc tác quang; quang hoạt

Tài liệu tham khảo

Lewis NS. Science, 2007, 315: 798–801 Hisatomi T, Kubota J, Domen K. Chem Soc Rev, 2014, 43: 7520–7535 Wang Z, Li C, Domen K. Chem Soc Rev, 2019, 48: 2109–2125 Wu X, Luo N, Xie S, Zhang H, Zhang Q, Wang F, Wang Y. Chem Soc Rev, 2020, 49: 6198–6223 Takata T, Jiang J, Sakata Y, Nakabayashi M, Shibata N, Nandal V, Seki K, Hisatomi T, Domen K. Nature, 2020, 581: 411–414 Albero J, Peng Y, Garcia H. ACS Catal, 2020, 10: 5734–5749 Chen F, Ma T, Zhang T, Zhang Y, Huang H. Adv Mater, 2021, 33: 2005256 Nayak S, Swain G, Parida K. ACS Appl Mater Interfaces, 2019, 11: 20923–20942 Chen S, Qi Y, Hisatomi T, Ding Q, Asai T, Li Z, Ma SSK, Zhang F, Domen K, Li C. Angew Chem Int Ed, 2015, 54: 8498–8501 Zhang X, Meng Z, Rao D, Wang Y, Shi Q, Liu Y, Wu H, Deng K, Liu H, Lu R. Energy Environ Sci, 2016, 9: 841–849 Low J, Yu J, Jaroniec M, Wageh S, Al-Ghamdi AA. Adv Mater, 2017, 29: 1601694 Wang H, Zhang L, Chen Z, Hu J, Li S, Wang Z, Liu J, Wang X. Chem Soc Rev, 2014, 43: 5234–5244 Xu Q, Zhang L, Cheng B, Fan J, Yu J. Chem, 2020, 6: 1543–1559 Bao Y, Song S, Yao G, Jiang S. Sol RRL, 2021, 5: 2100118 Zhang L, Zhang J, Yu H, Yu J. Adv Mater, 2022, 34: 2107668 Wang L, Zhu B, Zhang J, Ghasemi JB, Mousavi M, Yu J. Matter, 2022, 5: 4187–4211 Fu J, Xu Q, Low J, Jiang C, Yu J. Appl Catal B-Environ, 2019, 243: 556–565 Cao S, Yu J, Wageh S, Al-Ghamdi AA, Mousavi M, Ghasemi JB, Xu F. J Mater Chem A, 2022, 10: 17174–17184 Ruan X, Huang C, Cheng H, Zhang Z, Cui Y, Li Z, Xie T, Ba K, Zhang H, Zhang L, Zhao X, Leng J, Jin S, Zhang W, Zheng W, Ravi SK, Jiang Z, Cui X, Yu J. Adv Mater, 2023, 35: 2209141 Li X, Kang B, Dong F, Zhang Z, Luo X, Han L, Huang J, Feng Z, Chen Z, Xu J, Peng B, Wang ZL. Nano Energy, 2021, 81: 105671 Wang L, Cheng B, Zhang L, Yu J. Small, 2021, 17: 2103447 Chen C, Hu J, Yang X, Yang T, Qu J, Guo C, Li CM. ACS Aprpl Mater Interfaces, 2021, 13: 20162–20173 Cheng C, Zhang J, Zhu B, Liang G, Zhang L, Yu J. Angew Chem Int Ed, 2023, 62: e202218688 He B, Wang Z, Xiao P, Chen T, Yu J, Zhang L. Adv Mater, 2022, 34: 2203225 Nguyen VH, Singh P, Sudhaik A, Raizada P, Le QV, Helmy ET. Mater Lett, 2022, 313: 131781 Wu Y, Zhang X, Xing Y, Hu Z, Tang H, Luo W, Huang F, Cao Y. ACS Mater Lett, 2019, 1: 620–627 Hu Z, Zhang X, Yin Q, Liu X, Jiang X, Chen Z, Yang X, Huang F, Cao Y. Nano Energy, 2019, 60: 775–783 He Z, Wu H, Cao Y. Adv Mater, 2014, 26: 1006–1024 Tan Y, Chen L, Wu F, Huang B, Liao Z, Yu Z, Hu L, Zhou Y, Chen Y. Macromolecules, 2018, 51: 8197–8204 Huang F, Wu H, Cao Y. Chem Soc Rev, 2010, 39: 2500–2521 Bae S, Kim D, Kim H, Gu M, Ryu J, Kim BS. Adv Funct Mater, 2020, 30: 1908492 Yeo JS, Kang M, Jung YS, Kang R, Lee SH, Heo YJ, Jin SH, Kim DY, Na SI. Nano Energy, 2016, 21: 26–38 He Z, Zhong C, Su S, Xu M, Wu H, Cao Y. Nat Photon, 2012, 6: 591–595 He Z, Zhong C, Huang X, Wong WY, Wu H, Chen L, Su S, Cao Y. Adv Mater, 2011, 23: 4636–4643 Feng C, Wang X, Chen G, Zhang B, He Z, Cao Y. Langmuir, 2021, 37: 4347–4354 Weng B, Wu J, Zhang N, Xu YJ. Langmuir, 2014, 30: 5574–5584 Wang J, Chen Z, Zhai G, Men Y. Appl Surf Sci, 2018, 462: 760–771 Cao J, Luo B, Lin H, Xu B, Chen S. Appl CatalB-Environ, 2012, 111–112: 288–296 Hsieh HC, Chen JY, Lee WY, Bera D, Chen WC. Macromol Rapid Commun, 2018, 39: 1700616 Carulli F, Mróz W, Lassi E, Sandionigi C, Squeo B, Meazza L, Scavia G, Luzzati S, Pasini M, Giovanella U, Galeotti F. Chem Pap, 2018, 72: 1753–1759 Lin X, Xu S, Wei ZQ, Hou S, Mo QL, Fu XY, Xiao FX. J Mater Chem A, 2020, 8: 20151–20161 Zhang Y, Fan X, Jian J, Yu D, Zhang Z, Dai L. Energy Environ Sci, 2017, 10: 2312–2317 Pan B, Xie Y, Zhang S, Lv L, Zhang W. ACS Appl Mater Interfaces, 2012, 4: 3938–3943 Maturová K, Kemerink M, Wienk MM, Charrier DSH, Janssen RAJ. Adv Funct Mater, 2009, 19: 1379–1386 Han T, Cao X, Sun K, Peng Q, Ye C, Huang A, Cheong WC, Chen Z, Lin R, Zhao D, Tan X, Zhuang Z, Chen C, Wang D, Li Y. Nat Commun, 2021, 12: 4952 Kanata-Kito T, Matsunaga M, Takakura H, Hamakawa Y, Nishino T. Proc. SPIE, 1990, 1286: 56–65 Le Formal F, Sivula K, Grätzel M. J Phys Chem C, 2012, 116: 26707–26720 Feng C, Wang X, He Z, Cao Y. Sol RRL, 2021, 5: 2000753 Zhu M, Kim S, Mao L, Fujitsuka M, Zhang J, Wang X, Majima T. J Am Chem Soc, 2017, 139: 13234–13242 Song XN, Wang CY, Wang WK, Zhang X, Hou NN, Yu HQ. Adv Mater Interfaces, 2016, 3: 1500417 Han HS, Park W, Hwang SW, Kim H, Sim Y, Surendran S, Sim U, Cho IS. J Catal, 2020, 389: 328–336 Huang H, Tu S, Zeng C, Zhang T, Reshak AH, Zhang Y. Angew Chem Int Ed, 2017, 56: 11860–11864 Rao PM, Cai L, Liu C, Cho IS, Lee CH, Weisse JM, Yang P, Zheng X. Nano Lett, 2014, 14: 1099–1105 Baek JH, Kim BJ, Han GS, Hwang SW, Kim DR, Cho IS, Jung HS. ACS Appl Mater Interfaces, 2017, 9: 1479–1487 Bae S, De Guzman RAF, Jeon D, Kim M, Ryu J. Adv Mater Inter, 2023, 10: 2202101 Bae S, Kim H, Jeon D, Ryu J. ACS Appl Mater Interfaces, 2019, 11: 7990–7999 Zhu XY, Yang Q, Muntwiler M. Acc Chem Res, 2009, 42: 1779–1787
Thông tin
Thông tin xuất bản

Science in China Series B: Chemistry

Tập 66

2098-2108

Thông tin tác giả