以光系统II为灵感的Ce-MOF用于选择性合光催化剂氧转化与水氧化

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 光催化作用的光催化
• 绿色化学 绿色化学

背景情况:

• 将光催化水氧化与有机转换相结合,因电荷分离和中间控制不良而受到阻碍.
• 光系统II (PSII) 提供了一个具有空间分离的氧化还原中心的模型,以实现高效的催化.

研究的目的:

• 设计一个金属有机框架 (MOF),模仿PSII的架构,用于合水氧化和有机合成.
• 为了实现有效的可见光驱动的酸转化为氧,同时氧化水.

主要方法:

• 合成和表征一种基于的MOF (Ce (IV) -DPA),使用基衍生连接物.
• 单晶X射线衍射以确定晶体结构和基质协调.
• 密度函数理论 (DFT) 计算以阐明电子结构和电子转移途径.
• 同位素标记物研究以确认反应机制中的质子源.

主要成果:

• Ce(IV) -DPA证明了高效的可见光诱导的酸转化为酸 (91%的产量,96%的选择性) 与水氧化相结合.
• 获得了原子分辨率证据,证明了酸对Ce (IV) 中心的协调,指导了电子转移.
• MOF结构促进了连续的质子合电子转移 (PCET),反映了PSII.
• 在产量方面,Ce(IV) -DPA比Ce(III) -DPA类似物优于49%,并在六个周期内显示出高稳定性.

结论:

• Ce(IV) -DPA框架有效地模仿了PSII的分隔氧化还原中心,使协同光催化成为可能.
• 这种MOF为可扩展的太阳能到化学转换提供了一个新的催化范式,产生高价值的化学物质.
• 该研究提供了对基于MOF的光催化中的基质激活和中间调节的见解.