Molecularly Tunable Heterostructured Co‐polymers Containing Electron‐deficient and ‐rich Moieties for Visible‐light and Sacrificial‐agent‐free H2O2 Photosynthesis

光化学 人工光合作用 化学 光催化 电子转移 聚合 光诱导电子转移 电子供体 材料科学 聚合物 催化作用 有机化学
作者
Jing-Zhao Cheng,Wang Wang,Jianjun Zhang,Sijie Wan,Bei Cheng,Jiaguo Yu,Shaowen Cao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202406310
摘要

As an alternative to hydrogen peroxide (H2O2) production by complex anthraquinone oxidation process, photosynthesis of H2O2 from water and oxygen without sacrificial agents is highly demanded. Herein, a covalently connected molecular heterostructure is synthesized via sequential C−H arylation and Knoevenagel polymerization reactions for visible‐light and sacrificial‐agent‐free H2O2 synthesis. The subsequent copolymerization of the electron‐deficient benzodithiophene‐4,8‐dione and the electron‐rich biphenyl (B) and p‐phenylenediacetonitrile (CN) not only expands the π‐conjugated domain but also increases the molecular dipole moment, which largely promotes the separation and transfer of the photoinduced charge carriers. The optimal heterostructured BTDB‐CN0.2 manifested an impressive photocatalytic H2O2 production rate of 1920 μmol g‐1 h‐1, which is 2.2 and 11.6 times that of BTDB and BTDCN. As revealed by the femtosecond transient absorption (fs‐TA) and theoretical calculations, the linkage serves as a channel for the rapid transfer of photogenerated charge carriers, enhancing the photocatalytic efficiency. Further, in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) uncovers that the oxygen reduction reaction occurs through the step one‐electron pathway and the mutual conversion between C=O and C−OH with the anchoring of H+ during the catalysis favored the formation of H2O2. This work provides a novel perspective for the design of efficient organic photocatalysts.
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