Molecular engineering of biomimetic donor-acceptor conjugated microporous polymers with full-spectrum response and an unusual electronic shuttle for enhanced uranium(VI) photoreduction

光化学 光催化 共轭体系 电子受体 微型多孔材料 材料科学 接受者 共轭微孔聚合物 分子工程 带隙 聚合物 电子转移 化学 纳米技术 光电子学 有机化学 催化作用 复合材料 物理 凝聚态物理
作者
Fengtao Yu,Shanshan Yu,Chuangye Li,Zifan Li,Fangru Song,Zhenzhen Xu,Yean Zhu,Chunhui Dai,Xiaohong Cao,Zhibin Zhang,Yunhai Liu,Jian‐Ding Qiu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:466: 143285-143285 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143285
摘要

Realizing an efficient photochemical uranium reduction process using metal-free conjugated polymers is highly desirable, but is extremely challenging, as it requires a broad photo-response range and efficient electron transmission channels. Herein, three novel full-spectrum (200 ≤ λ ≤ 800 nm) responsive biomimetic donor–acceptor conjugated microporous polymers (CMPs) were successfully constructed to photoreduce uranium through a molecular engineering strategy. The optical band gap and built-in electric field of the CMPs were conveniently optimized via various quinone-containing acceptors. Furthermore, the quinone-containing block exhibited outstanding redox activity, which could serve as an unique electron shuttle to rapidly transfer electrons. Consequently, ECUT-TQ with 2,6-dibromobenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-4,8-dione block exhibits a narrow band gap as low as 1.70 eV, a stronger built-in electric field and more efficient charge separation, achieving 97.4% photocatalytic U(VI) reduction efficiency with a photoreaction rate constant of 0.057 min−1. The exhaustive mechanism analysis illustrates that the dominant active species in the photocatalytic process where U(VI) is reduced to UO2 are photoelectrons and •O2– radicals. This work provides a novel approach for designing high-performance green biomimetic photocatalysts for removing radioactive pollution.
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