Bridges engineering manipulated exciton dissociation and charge separation in small acceptors of PDI supramolecular for boosting photocatalytic nitrogen fixation

离解(化学) 二亚胺 接受者 化学 光催化 载流子 激子 轨道能级差 分子 光化学 材料科学 催化作用 光电子学 物理化学 有机化学 物理 量子力学 凝聚态物理
作者
Shilian Yang,Xiaoxu Deng,Peng Chen,Gen Li,Qiuchen Wang,Qian Wang,Shuang‐Feng Yin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:441: 136084-136084 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136084
摘要

Constructing acceptor–donor units (D/A) of polymer is an efficient method for promoting carrier separation to optimize photoreactivity. However, the carriers across the D/A interface of micromolecule was relatively hindered by the Coulomb potential. In this work, the polarity-bridged acceptor–donor units of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid diimide (PDI) composite (BOPDI) has been constructed using a simple strategy. The improved BOPDI achieves excellent photocatalytic nitrogen fixation rate (74.0 μmol g−1h−1) as well as stability without using any co-catalyst and sacrificial agent, which is 11 times that of the original PDI group. DFT calculations and experimental results show that the polarity-bridges reasonably adjusts the Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) and Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) bands and absorption characteristics, ensuring the BOPDI absorbed near-infrared light and activated N2 molecules. In addition, the polarity bridged units strengthen the construction of the built-in electric field for overcoming the Coulomb potential, resulting in a higher carrier separation and exciton dissociation efficiency. This work not only provides a tactics for enhancing the electronic transmission of D/A units, but also expanding the application research of PDI composite materials in the photocatalytic reduction of nitrogen.
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