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二維共價(jià)有機(jī)骨架（2D COFs）作為一種新型光催化平臺(tái)，在太陽(yáng)能制氫過(guò)程中具有廣闊的應(yīng)用前景，但它們低效的太陽(yáng)能捕獲和快速的電荷重組阻礙了光催化制氫性能的提高。

基于此，吉林大學(xué)劉曉明教授和夏虹教授、新加坡高性能計(jì)算研究所Gang Wu（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種多組分合成策略，分別通過(guò)sp²-碳鍵和亞胺鍵將缺電子的三嗪和富電子的苯并三噻吩基團(tuán)引入框架，構(gòu)建了兩種光活性三組分供體-π-受體（TCDA）材料。

對(duì)比雙組分COFs，新型TCDA-COFs在可見(jiàn)光照明（420-780 nm）下，在1 wt % Pt的存在下，其析氫速率達(dá)到了70.8±1.9 mmol g^-1 h^-1，具有良好的可重用性。

通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了組成、連接和光催化性能之間的關(guān)系。對(duì)比sp² c-COF等雙組份COFs中可以發(fā)現(xiàn)HOMO和LUMO之間的空間分離，這種分離在三組分COF-JLUs中由于其長(zhǎng)橋接PDA和PDAN單元而更加突出。

同Bader電荷分析表明，受體TFPT上的電子傳遞通道總體上帶正電荷，COF-JLU35和COF-JLU36的凈電荷分別為+0.33和+0.14。在激子解離后，電子和受體復(fù)合物之間的強(qiáng)引力導(dǎo)致更快的電子空穴分離。

此外，高效的π共軛允許相鄰堆疊層之間更好的軌道重疊，進(jìn)一步穩(wěn)定了電荷分離COF-JLU35和COF-JLU36的層間堆積，導(dǎo)致了明顯的電子離域，其價(jià)帶寬度和導(dǎo)帶寬度W均在1 eV左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于sp² c-COF。

在COF-JLU35和COF-JLU36中，電子和空穴的跨平面有效質(zhì)量與自由電子接近，遠(yuǎn)小于平面內(nèi)質(zhì)量，這種各向異性使電子和空穴在分離的通道中平行傳輸。

因此，理論研究結(jié)果表明兩種TCDA-COFs都具有良好的光催化性能，因?yàn)樗鼈兙哂懈咝У碾姾煞蛛x和傳輸?shù)臐摿Α?/span>

Three-Component Donor-π-Acceptor Covalent-Organic Frameworks for Boosting Photocatalytic Hydrogen Evolution. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.2c11893.

https://doi.org/10.1021/jacs.2c11893.

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IHPC/吉大JACS：TCDA-COFs助力光催化HER

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