人工光化學(xué)合成是制備氫氣從而滿足可持續(xù)能源需求的有廣泛前景的方法，有鑒于此，近日布里斯托大學(xué)Ian Manners等報道了一種將鈷基催化劑組裝到聚合物中，形成核-殼纖維結(jié)構(gòu)催化劑，實(shí)現(xiàn)了可見光催化制氫。首爾大學(xué)Tae-Lim Choi等報道了對該工作評述和總結(jié)報道。
目前自組裝HER催化劑體系通常面臨著催化效率較低、量子產(chǎn)率較低、穩(wěn)定性差等缺陷，布里斯托大學(xué)Ian Manners等發(fā)現(xiàn)，通過將Co催化劑、光敏劑組裝到聚合物纖維結(jié)構(gòu)中，構(gòu)建了一種高催化性能、可回收的HER催化體系。
在λ＞420 nm可見光催化中，在含5 %水的甲醇中加入三乙醇胺犧牲劑，進(jìn)行光催化制氫反應(yīng)。分別制備了光敏劑/聚合物比例在1:1~500:1變化的聚合物光催化劑體系，發(fā)現(xiàn)光敏劑含量增加，催化劑的轉(zhuǎn)化數(shù)提高，當(dāng)光敏劑/催化劑的比例達(dá)到500:1，轉(zhuǎn)化數(shù)達(dá)到7122，在1.34 μg光催化劑上實(shí)現(xiàn)了0.327 μmol h-1的制氫效率（0.24 μmol h-1 g-1cat），該結(jié)果比以往的聚合物基催化劑體系更高。在該體系中實(shí)現(xiàn)了~4.0 %的量子產(chǎn)率。
當(dāng)保持催化劑、光敏劑的數(shù)量，自組裝結(jié)構(gòu)的長度和制氫效率有關(guān)。當(dāng)納米纖維的長度為180 nm，催化劑的制氫量子效率最高。當(dāng)納米纖維長度提高，催化劑的活性衰減，這是因?yàn)檩^大的微粒導(dǎo)致擴(kuò)散速率降低，影響了反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑界面，而且更大的催化劑導(dǎo)致總表面積降低。
長時間工作結(jié)果顯示，催化劑在300小時過程中保持穩(wěn)定，總轉(zhuǎn)化數(shù)達(dá)到60794，當(dāng)反應(yīng)后，回收催化劑的量達(dá)到98 %。在30次循環(huán)后，催化劑的性能能夠保持84 %的初始效率。
通過以上結(jié)果，為設(shè)計和理解納米纖維結(jié)構(gòu)對應(yīng)于制氫活性提供更深的理解。
參考文獻(xiàn)：
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DOI: 10.1038/s41557-020-00582-1
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Jia Tian, Ian Manners* et. al. Tailored self-assembled photocatalytic nanofibres for visible-light-driven hydrogen production, Nature Chemistry, 12, 1150–1156(2020)
DOI: 10.1038/s41557-020-00580-3
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