华科Nat. Commun.:多孔超交联聚合物-TiO2-石墨烯复合光催化剂用于CO2转化

华中科技大学Jingyu Wang和 Bien Tan团队通过在TiO2官能化石墨烯(TiO2-FG)上原位编织超高交联聚合物(HCP)来开发多孔复合结构。HCPs材料作为纯有机微孔材料,具有较大的表面积,较高的CO2吸收率和优异的物理化学稳定性。这是在众多报道的光催化剂中涉及微孔有机聚合物与光催化剂的组合用于CO2转化的实例。

以有效可见光驱动将CO2转化为化学燃料的光催化效率很大程度上取决于CO2的捕获和扩散。多孔捕获材料具有丰富的吸附位点,但它们对CO2还原的催化活性低于半导体或贵金属。有效的光催化剂需要高的CO2吸收以及短的扩散长度。通常光催化剂由于比表面积低并且缺乏匹配的孔,造成表面上的CO2吸附较低。

华中科技大学Jingyu Wang和 Bien Tan团队通过在TiO2官能化石墨烯(TiO2-FG)上原位编织超高交联聚合物(HCP)来开发多孔复合结构。HCPs材料作为纯有机微孔材料,具有较大的表面积,较高的CO2吸收率和优异的物理化学稳定性。这是在众多报道的光催化剂中涉及微孔有机聚合物与光催化剂的组合用于CO2转化的实例。

以溶剂热过程还原GO,在其上原位生长具有{001}面的锐钛矿TiO2晶体而获得的TiO2-G复合材料。TiO2-G复合物的石墨烯骨架被官能化以形成TiO2-FG并提供用于共价连接的开放苯基(I)。通过在石墨烯上编织syn-PhPh3和开放苯基,在TiO2-FG上超高交联超薄聚合物层(II),形成多孔超高交联聚合物-TiO2-石墨烯(HCP-TiO2-FG)。由于HCP的CO2吸附能力增强以及TiO2光催化剂周围的短扩散长度,这种明确定义的HCP-TiO2 -FG结构能够增强CO2的反应性以促进CH4的产生。

该多孔超交联聚合物-TiO2-石墨烯复合结构,其具有相对高的表面积988m2 g-1和CO2吸收能力12.87wt%。该复合物在温和的反应条件下显示出高的光催化性能,特别是对CH4生产(27.62 μmolg-1h-1),而不使用牺牲剂或贵金属助催化剂。增强的CO2反应性可归因于改善的CO2吸附和扩散,可见光吸收和光生电荷分离效率。该策略为微孔有机聚合物与光催化剂的组合提供了新的见解,用于太阳能-燃料转化。

华科Nat. Commun.:多孔超交联聚合物-TiO2-石墨烯复合光催化剂用于CO2转化

Shaolei Wang, Min Xu, Tianyou Peng, Chengxin Zhang, Tao Li, Irshad Hussain, Jingyu Wang & Bien Tan, Porous hypercrosslinked polymer-TiO2-graphene composite photocatalysts for visible-light-driven CO2 conversion. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-08651-x

https://www.nature.com/articles/s41467-019-08651-x

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