Tailored self-assembled photocatalytic nanofibres for visible-light-driven hydrogen production

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作者
Jia Tian,Yifan Zhang,Lili Du,Yunxiang He,Xu‐Hui Jin,Samuel Pearce,Jean‐Charles Eloi,Robert L. Harniman,Dominic Alibhai,Ruquan Ye,David Lee Phillips,Ian Manners
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:12 (12): 1150-1156 被引量:129
标识
DOI:10.1038/s41557-020-00580-3
摘要

The creation of efficient artificial systems that mimic natural photosynthesis represents a key current challenge. Here, we describe a high-performance recyclable photocatalytic core–shell nanofibre system that integrates a cobalt catalyst and a photosensitizer in close proximity for hydrogen production from water using visible light. The composition, microstructure and dimensions—and thereby the catalytic activity—of the nanofibres were controlled through living crystallization-driven self-assembly. In this seeded growth strategy, block copolymers with crystallizable core-forming blocks and functional coronal segments were coassembled into low-dispersity, one-dimensional architectures. Under optimized conditions, the nanofibres promote the photocatalytic production of hydrogen from water with an overall quantum yield for solar energy conversion to hydrogen gas of ~4.0% (with a turnover number of >7,000 over 5 h, a frequency of >1,400 h−1 and a H2 production rate of >0.327 μmol h−1 with 1.34 μg of catalytic polymer (that is, >244,300 μmol h−1 g−1 of catalytic polymer)). Artificial systems capable of photocatalytic hydrogen production are not typically based on precisely controlled scaffolds. Now, statistical seeded crystallization of block copolymers—bearing either a pendant cobalt catalyst or a photosensitizer—from solution has been shown to yield recyclable, colloidally stable nanofibres that can be tailored to promote photocatalytic hydrogen production from water.
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