Proton-Coupled Electron Transfer on Mixed-Valent Copper Ions Containing S- and N-Rich Triazine-Dimercapto Thiadiazole Coordination Polymer Photocathodes

化学 光电流 无机化学 深铬移 光化学 电解质 配位复合体 光电化学 指示 电化学 离子 金属 材料科学 荧光 物理化学 电极 有机化学 物理 量子力学 光电子学
作者
Prashanth Vishwa,Sakthivel Kandaiah
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (23): 11934-11945 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02115
摘要

Visible light-active semiconductor photoelectrocatalytic interfaces that are stable in protic electrolytes are essential for photoassisted multiproton-coupled electron transfer in electro-synthetic processes. Herein, we report a photocathode material with nitrogen- and sulfur-rich functional ligands and a mixed-valent copper coordination polymeric structure. A simple strategy of nucleophilic substitution reaction between triazine trichloride and 2,5-dimercapto-1,3,5-thiadiazole followed by coordination with mixed-valent copper ions is used to prepare the metallopolymer. Spectral analysis evidences the systematic bathochromic shift toward the midvisible region with the increase in the extent of polymerization and increasing coordination of mixed-valent copper ions. This p-type photoactive metallopolymer exhibits an optical band gap of ∼2 eV with a repeatable photocurrent response of 80 to 100 μA cm–2 in strong protic media. This is significantly high in correlation to metal-free polydimercapto thiadiazole, polycopper dimercapto thiadiazole, and Cu2O. The incorporation of triazine units and CuII/I in the thiadiazole polymeric network enables enhanced photoelectrochemical activity and stability. In comparison to neutral electrolytes, the photocurrent values observed are nearly 3 to 4 times higher in protic electrolytes. The metallopolymer exhibits a nearly 30 to 40% increase in photoinduced oxygen reduction current and good stability in protic electrolytes.

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