Enhancing Solar‐to‐Hydrogen Peroxide Conversion Efficiency by Promoting the Two‐Electron Water Oxidation Pathway via Modulating the Main Electron Transition Orbital

光化学 过氧化氢 电子受体 化学 电子转移 光催化 氧化还原 轨道能级差 电子供体 原子轨道 分解水 接受者 电子 催化作用 无机化学 分子 有机化学 物理 量子力学 凝聚态物理
作者
Huijie Yan,Yuyan Huang,Minhui Shen,Jianqiao Xu,Yu‐Xin Ye,Gangfeng Ouyang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (25): e202425054-e202425054 被引量:19
标识
DOI:10.1002/anie.202425054
摘要

Photosynthetic hydrogen peroxide (H2O2) production involves coupling oxygen reduction and water oxidation half-reactions. However, the low efficiency of water oxidation constrains the overall solar-to-hydrogen peroxide conversion efficiency under natural conditions. The two-electron water oxidation pathway holds potential for enhanced photocatalytic H2O2 synthesis, yet its regulatory mechanisms and detailed understanding remain inadequately explored. Herein, we construct donor-acceptor (D-A) conjugated polymers with pyrene as the electron donor and triazine as the electron acceptor. By optimizing the connecting positions of the electron acceptors at the 2,7 positions of the electron donors, the main excited state is regulated from S1 to S2, leading to the electron transition from the lower HOMO-1 orbital. This modulation effectively enhances the oxidation capacity of the photocatalyst, enabling it to undergo two-electron water oxidation reaction (2e- WOR) for H2O2 production. Consequently, the WOR activity reaches a remarkable efficiency of 2560 µmol g-1 h-1, corresponding to a solar-to-chemical conversion (SCC) efficiency of up to 0.94%. This strategy of modulating electronic transition orbitals to enhance the water oxidation capacity of the material significantly improves photocatalytic performance and facilitates its application in natural environments.
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