Naukowcy odkryli redukcję dwutlenku węgla poprzez redukcję fotoelektryczną

Firma Elektrostymulacja₂ Reakcja redukcji (CO₂RR) uważa się za przyjazną dla środowiska technologię utylizacji dwutlenku węgla₂ Jako tani i obfity surowiec dwutlenku węgla do produkcji chemikaliów o wartości dodanej, takich jak dwutlenek węgla. Jednak termodynamicznie stabilny charakter dwutlenku węgla₂ Cząsteczka o wysokiej energii wiązania C=O często powoduje powolną kinetykę CO2₂→ Dwutlenek węgla i wysoki nakład energii.

Wprowadzenie dodatkowego pola światła widzialnego byłoby potencjalnym sposobem na zbadanie optymalnych warunków reakcji i opracowanie wydajnych katalizatorów CO2₂RR w stronę CO2, gdzie fotogenerowany, wysoce aktywny stan wzbudzony fotoczułych elektrokatalizatorów może skutecznie poprawić barierę tworzenia reaktywnych półproduktów i zmniejszyć energię etapów ograniczających szybkość (RDS) elektrokatalitycznego CO2₂R.R. Efektywny czas życia miejsca aktywnego w stanie wzbudzonym jest ważnym czynnikiem wpływającym na widzialną fotoelektrokatalizę.

W badaniu opublikowanym w Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznegogrupa kierowana przez profesora CAO Ronga i profesora HUANG Yuanbiao z Instytutu Badań nad Strukturą Materii Fujian Chińskiej Akademii Nauk, połączyła Ru(bpy)₃kl₂ Fotouczuleni dawcy na 2,2′-bipirydynę COF na bazie porfiryny (Co-Bpy-COF) metodą postsyntetyczną (PSM), dostarczając Co-Bpy-COF-Ru_S (X to stosunek molowy gatunków Ru i Co, X = 1/2 i 2/3) przy dłuższym czasie życia stanu wzbudzonego CO2₂ redukcja w warunkach PV. Własność dawcy-akceptora i gigantyczne wbudowane pole elektryczne w Co-Bpy-COF-Ru_S Wydajne fotoindukowane przyspieszenie transferu elektronów Ru (bpy)₃kl₂ do porfiryn kobaltowych w świetle zewnętrznym.

Naukowcy odkryli, że w porównaniu do niezmodyfikowanego odpowiednika Co-Bpy-COF, optymalny Co-Bpy-COF-Ru_1/2 Wykazuje wysoką sprawność faradaiczną CO wynoszącą 96,7% przy -0,7 V w porównaniu z odwracalną elektrodą wodorową (RHE) i cząstkową gęstość prądu CO2 wynoszącą 16,27 mA cm-^-2 Przy -1,1 V w porównaniu ze wspomaganym światłem RHE oba znacznie przekroczyły wartości obserwowane w ciemności. Natomiast dla Co-Bpy-COF wartości FE_firma I Y_firma Testy w świetle nie wykazały znaczącej poprawy w porównaniu z wynikami zarejestrowanymi w ciemności, co można przypisać szybkiej relaksacji stanu wzbudzonego w światłoczułym układzie jednojednostkowym.

Ponadto badacze ujawnili kierunek transferu wzbudzonego elektronu z Ru(bpy).₃kl₂ Porfiryna kobaltowa jest przekształcana przez najwyższy zajęty orbital molekularny (HOMO) i najniższy niezajęty orbital molekularny (LUMO) elementów budulcowych. Eksperyment z wygaszaniem fluorescencji i rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS) w świetle widzialnym potwierdziły rzeczywiste istnienie wzbudzonego transferu elektronów w Ru(bpy).₃kl₂ Porfiryna kobaltowa.

Ponadto badacze zweryfikowali powstawanie gigantycznego zwartego pola elektrycznego w Co-Bpy-COF-Ru_S Za pomocą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) i pomiarów przewodności. Widma ultraszybkiej absorpcji przejściowej (TA) wykazały, że silny donor Ru (bpy)₃kl₂), a gigantyczne wbudowane pole elektryczne radykalnie wydłuża czas życia porfiryn kobaltowych w stanie wzbudzonym aż do 3,4 razy większy niż w przypadku ich niezmodyfikowanego odpowiednika Co-Bpy-COF. Wpływ napromieniania światłem zewnętrznym na obniżenie bariery energetycznej dla tworzenia się CO2 zbadano za pomocą nachylenia Tafela i obliczeń teorii funkcji gęstości (DFT).

Badanie to skupia się na wydłużeniu długiego czasu życia fotokatalizatorów w stanie wzbudzonym w celu uzyskania wydajnego CO2₂produktów RR na CO2 i zawiera wskazówki dotyczące opracowywania wydajnych elektrokatalizatorów fotokoniugowanych.