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Angew. Chem. :配位化学调控的聚合物氮化碳光阳极驱动光解水2022-08-13
太阳能是最理想的解决化石燃料短缺和气候变化的清洁能源。利用半导体进行光电分解水产氢被认为是一种有前景的利用太阳能的策略。近年来,聚合物氮化碳半导体材料由于其优点,例如合适的电子能带结构,简单的制备及修饰方法,以及良好的稳定性等,在光催化领域受到了极大关注。然而氮化碳在光电催化领域的研究还处于起步阶段。目前的相关研究仍然集中在探索获取高性能氮化碳光电极的制备方法。

尽管取得了一些进展,氮化碳光电极的性能仍然远没有达到它的理论表现。例如在分解水中,它的理论起始电势应该接近于其导带电势(-1.3 V vs. RHE),然而目前的绝大多数文章报导的起始电势均高于0 V vs. RHE。过高的(界面和薄膜)电阻是限制氮化碳性能的主要原因之一。鉴于氮化碳作为一种聚合物,其薄膜本身的电阻可调空间有限,降低其与导电基底之间的界面电阻成为了一种可行的提高氮化碳光电分解水性能的方法。

近日,澳大利亚昆士兰大学的王连洲教授(通讯作者),王志亮博士(通讯作者),樊向前(在读博士,第一作者)等基于配位化学的原理,考虑到氮化碳拥有丰富的sp2杂化的氮原子,他们将金属钛沉积的导电玻璃作为基底,在高温下由双氰胺前驱体原位聚合生成的氮化碳(DPCN)会和有空轨道的钛薄膜形成牢固的配位键,从而让氮化碳薄膜牢固的生长在了钛基底上。

 

 

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界面(薄膜/基底)配位键的生成大大的降低了界面电阻。极低的界面电阻赋予了氮化碳光阳极在分解水中极低的起始电势(-0.38 V vs. RHE),这是目前报导的最低值。在1个模拟太阳光照下,制备的氮化碳光电极第一次实现了稳定性达到一个小时的无偏压分解水。

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这种基于配位化学的沉积策略对于拥有孤电子对的聚合物薄膜的生长具有一定的启示意义。

文信息

Coordination Chemistry Engineered Polymeric Carbon Nitride Photoanode with Ultralow Onset Potential for Water Splitting

Xiangqian Fan,Dr. Zhiliang Wang,Tongen Lin,Du Du,Dr. Mu Xiao,Dr. Peng Chen,Dr. Sabiha Akter Monny,Dr. Hengming Huang,Dr. Miaoqiang Lyu,Dr. Mingyuan Lu,Prof. Lianzhou Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202204407

 

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