Sustainable Carbon Dioxide Reduction of the P3HT Polymer-Sensitized TiO2/Re(I) Photocatalyst

光催化 材料科学 聚合物 吸附 催化作用 光化学 共轭体系 电子转移 纳米颗粒 化学工程 二氧化钛 纳米技术 有机化学 化学 复合材料 工程类
作者
Min Su Choe,Sunghan Choi,Hyun Seok Lee,Bumsoo Chon,Jae‐Yoon Shin,Chul Hoon Kim,Ho‐Jin Son,Sang Ook Kang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (45): 50718-50730 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.2c09924
摘要

In this study, a p-type π-conjugated polymer chain, poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), was physically adsorbed onto n-type TiO2 nanoparticles functionalized with a molecular CO2 reduction catalyst, (4,4-Y2-bpy)ReI(CO)3Cl (ReP, Y = CH2PO(OH)2), to generate a new type of P3HT-heterogenized hybrid system (P3HT/TiO2/ReP), and its photosensitizing properties were assessed in a heteroternary system for photochemical CO2 reduction. We found that P3HT immobilization on TiO2 facilitated photoinduced electron transfer (PET) from photoactivated P3HT* to the n-type TiO2 semiconductor via rapid interfacial electron injection (∼65 ps) at the P3HT and TiO2 surface interface (P3HT* → TiO2). With such effective charge separation, the heterogenization of P3HT onto TiO2 resulted in a steady electron supply toward the co-adsorbed Re(I) catalyst, attaining durable catalytic activity with a turnover number (TON) of ∼5300 over an extended time period of 655 h over five consecutive photoreactions, without deformation of the adsorbed P3HT polymer. The long-period structural stability of TiO2-adsorbed P3HT was verified based on a comparative analysis of its photophysical properties before and after 655 h of photolysis. To our knowledge, this conversion activity is the highest reported so far for polymer-sensitized photochemical CO2 reduction systems. This investigation provides insights and design guidelines for photocatalytic systems that utilize organic photoactive polymers as photosensitizing units.
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