PDI‐Based Organic Small Molecule Regulated by Inter/Intramolecular Interactions for Efficient Solar Vapor Generation

材料科学 小分子 有机太阳能电池 光化学 分子内力 有机分子 化学物理 分子 纳米技术 化学 聚合物 有机化学 复合材料 生物化学
作者
Changxiang Shao,Bingpeng Guo,Bing Lü,Jiahui Yu,Huijun Kong,Baolei Wang,Meichun Ding,Chenwei Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (52) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/smll.202305856
摘要

Organic small molecules with processing feasibility, structural diversity, and fine-tuned properties have the potential applications in solar vapor generation. However, the common defects of narrow solar absorption, low photothermal conversion efficiency, and photobleaching result in limited materials available and unsatisfactory evaporation performance. Herein, the perylene diimide (PDI) derivatives are exploited as stable sunlight absorbers for solar vapor generation. Particularly, the N,N'-bis(3,4,5-trimethoxyphenyl)-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide (PDI-DTMA) is well-designed with donor-acceptor-donor configuration based on plane rigid PDI core. The efficient photothermal conversion is enabled through strong intermolecular π-π stacking and intramolecular charge transfer, as revealed by experimental demonstration and theoretical calculation. The PDI-DTMA with a narrow band gap of 1.17 eV exhibits expanded absorption spectrum and enhanced nonradiative transition capability. The 3D hybrid hydrogels (PPHs) combining PDI-DTMA and polyvinyl alcohol are constructed. With the synergistic effect of solar-to-heat conversion, thermal localization management, water activation, and unobstructed water transmission of PPHs, the high water evaporation rates can reach 3.61-10.07 kg m-2 h-1 under one sun. The hydrogels also possess great potential in seawater desalination and sewage treatment. Overall, this work provides valuable insights into the design of photothermal organic small molecules and demonstrates their potentials in solar water evaporation.
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