半导体2D聚合物材料具有多孔且高度有序的骨架,多样的拓扑结构和电子结构,是光催化水分解的良好候选者。但是,尽管这些2D材料中的大多数可以催化析氢反应(HER),但只有少数可以光催化析氧反应(OER)。近日,南京林业大学Yu Jing,德累斯顿工业大学Thomas Heine等在第一性原理计算的基础上,探索了将以杂原子为中心的triangulene衍生物制成的二维Honeycomb‐Kagome聚合物用于光催化水分解的潜力。
本文要点:
1)作者设计的二维聚合物的间接带隙在1.80–2.84 eV范围内,并且在太阳光谱的紫外线和可见光区域显示出明显的光吸收。
2)研究发现,聚合物N和B中心可以产生足够的光子激发电子和空穴,以分别激活氢和氧的析出反应。
3)晶格固有的能带特征(flat bands)与化学功能化(由于杂原子引起的电位移动)的结合,使得构建具有抑制的电子/空穴愈合的串联电池成为可能,从而实现了高效的全解水。
Yu Jing, et al. 2D Honeycomb‐Kagome Polymer Tandem as Effective Metal‐Free Photocatalysts for Water Splitting. Adv. Mater., 2021
DOI: 10.1002/adma.202108645