Steering rigidified nonplanar conjugation based perylene diimide supramolecular for enhancing photocatalytic activity

材料科学 光催化 二亚胺 化学物理 载流子 分子内力 超分子化学 分子 离域电子 共轭体系 密度泛函理论 光化学 聚合物 纳米技术 计算化学 化学 光电子学 催化作用 有机化学 复合材料
作者
Qian Wang,Jianxin Cao,Xiaoye Luo,Shilian Yang,Fei Liu,Peng Chen,Shuang‐Feng Yin
出处
期刊:Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:61: 22-29 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2022.10.024
摘要

π-Conjugated supramolecular with higher delocalization of electrons has attracted considerable attention in enhancing the charge transfer in photocatalysis. However, those conjugated macromolecules often possess varied rotational geometries, which will significantly deteriorate charge mobility but still inexplicitly. Herein, we reported diversified PDI polymers with intramolecular angles of 94.7°, 149.7° and 176.3° to explore the role of π-conjugated non-planar molecules. Density functional theory (DFT) calculations and experimental results show that vertical structural PDIMH has antibonding in anisotropic polarizable monomer to generate a macro-dipole, which greatly expands the built-in electric field and facilitates charge transfer and exciton dissociation. On the other hand, the vertical angle is favorable for the face-to-face overlap of the homogeneous molecules, which will create a carrier migration channel and promote carrier separation. Notably, PDIMH exhibited highly effective photocatalytic sterilization (near 100% in 2 h) and benzylamine oxidation (conversion rate up to 300 mmol g−1h−1), which is superior to other ever reported catalysts. This work provides a new interpretation for regulating molecular geometry in developing highly efficient photocatalyst to solve future sustainable issues.
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