Rational Design of Porous Conjugated Polymers and Roles of Residual Palladium for Photocatalytic Hydrogen Production

化学 发色团 光催化 光化学 共轭体系 制氢 催化作用 合理设计 聚合物 量子产额 组合化学 化学工程 纳米技术 有机化学 材料科学 荧光 工程类 物理 量子力学
作者
Lianwei Li,Zhengxu Cai,Qinghe Wu,Wai‐Yip Lo,Na Zhang,Lin X. Chen,Luping Yu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (24): 7681-7686 被引量:436
标识
DOI:10.1021/jacs.6b03472
摘要

Developing highly efficient photocatalyts for water splitting is one of the grand challenges in solar energy conversion. Here, we report the rational design and synthesis of porous conjugated polymer (PCP) that photocatalytically generates hydrogen from water splitting. The design mimics natural photosynthetics systems with conjugated polymer component to harvest photons and the transition metal part to facilitate catalytic activities. A series of PCPs have been synthesized with different light harvesting chromophores and transition metal binding bipyridyl (bpy) sites. The photocatalytic activity of these bpy-containing PCPs can be greatly enhanced due to the improved light absorption, better wettability, local ordering structure, and the improved charge separation process. The PCP made of strong and fully conjugated donor chromophore DBD (M4) shows the highest hydrogen production rate at ∼33 μmol/h. The results indicate that copolymerization between a strong electron donor and weak electron acceptor into the same polymer chain is a useful strategy for developing efficient photocatalysts. This study also reveals that the residual palladium in the PCP networks plays a key role for the catalytic performance. The hydrogen generation activity of PCP photocatalyst can be further enhanced to 164 μmol/h with an apparent quantum yield of 1.8% at 350 nm by loading 2 wt % of extra platinum cocatalyst.
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