Biomimetic Solar Photocatalytic Reactor for Selective Oxidation of Aromatic Alcohols with Enhanced Solar‐Energy Utilization

光催化 材料科学 光化学 吸附 酒精氧化 纳米复合材料 聚吡咯 化学工程 催化作用 纳米技术 有机化学 聚合物 化学 聚合 复合材料 工程类
作者
Jingjing Qin,Jiahao Li,Kaibin Chu,Guozheng Yang,Leiqian Zhang,Xuemeng Xia,Pengyang Xuan,Xin Chen,Bo Weng,Haowei Huang,Yujie Chen,Wei Fan,YinBo Zhu,HengAn Wu,Feili Lai,Tianxi Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (9) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adfm.202311214
摘要

Abstract Low utilization of solar energy remains a challenge that limits photocatalytic efficiency. To address this issue, this work proposes a bionic solar photocatalytic reactor (BSPR) for efficient selective oxidation of aromatic alcohols. A biomimetic phototropic hydrogel is prepared by coupling chlorine‐doped polypyrrole (Cl‐PPy) and poly( N ‐isopropyl acrylamide) (PNIPAm) to maximize light‐harvesting efficiency automatically, allowing the BSPR to maintain high catalytic levels throughout the day. Molecular dynamics simulations are used to unveil the understanding of the fast photoresponsive behavior of Cl‐PPy/PNIPAm from a molecular level, while COMSOL simulations are conducted to follow the macroscopically phototropic mechanism of BSPR. Attributing to the existence of PdS/S vacancies riched ZnIn 2 S 4 nanocomposite in the top flower‐shaped hydrogel, the BSPR displays a special function for efficiently photocatalytic oxidation of aromatic alcohols under solar illumination (yield of 4‐methoxybenzaldehyde: 479.5 µmol g −1 h −1 ; selectivity: 68.8%). Two possible reaction pathways are identified as follows: photogenerated holes can attract aromatic alcohols directly and generate aromatic aldehydes; photoexcited electrons oxidize O 2 to ·O 2 − can also react with the adsorbed aromatic alcohol. This study presents a promising paradigm that explores opportunities for enhanced utilization of light energy, offering a novel approach to maximize its efficiency in practical applications.
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