Persistent semiquinone radicals enable efficient near-infrared-driven H2O2 photosynthesis

光化学 激进的 卟啉 半醌 电子转移 量子产额 光合作用 化学 产量(工程) 光催化 量子效率 人工光合作用 激发态 电子 超短脉冲 超分子化学 光强度 生产率 电化学 太阳能燃料 能量转移 纳米技术 材料科学 降级(电信) 可见光谱 电子受体 光解 阳光 能量转换效率
作者
Shuai Dou,Yaning Zhang,Jiayi Xu,Ying Zhang,Yang Lou,Jiawei Zhang,Yuming Dong,Yongfa Zhu,Chengsi Pan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41467-026-70130-x
摘要

Photosynthesis of H2O2 under sunlight is a sustainable method; however, most developed photocatalysts utilize limited near-infrared light, which accounts for 52% of the solar spectrum. In typical near-infrared photocatalysts, excited electrons fall into low-energy sub-gap states, reducing the driving force for H2O2 generation. Here, a polydopamine-loaded porphyrin supramolecular photocatalyst efficiently utilizes near-infrared light for H2O2 production from H2O and O2, achieving an apparent quantum yield of 2.8% at 1020 nm. This substantial near-infrared utilization significantly boosts activity under full-spectrum irradiation, with an H2O2 generation rate of 3.37 mM/h and solar-to-chemical conversion efficiency of 2.2%. Persistent semiquinone radicals in polydopamine are demonstrated to enable ultrafast sub-gap electron transfer (ca. 79 fs) from porphyrin to polydopamine and facilitate near-infrared-driven •OOH radical generation, thereby accelerating H2O2 production. This study sheds light on the potential of near-infrared-responsive photocatalysts and offers insights into optimizing their performance for sustainable H2O2 synthesis. A porphyrin-polydopamine photocatalyst enables efficient near-infrared light use for hydrogen peroxide production from water and oxygen, achieving high quantum efficiency and solar conversion through ultrafast electron transfer mediated by persistent radicals.
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