Enzyme-Mimetic Manganese Porphyrin/TiO 2 S-Scheme Heterojunctions for Photocatalytic H 2 O 2 Generation Coupled With Polymer Synthesis

催化作用 光催化 材料科学 聚合物 化学工程 异质结 无机化学 化学 多相催化 光化学 可见光谱 纳米颗粒 水热合成 制氢 反应机理
作者
Z L Zhang,Chaowei Han,Y Zhang,Xin Liu,Yabin Zhang,Guanfeng Ji,Mei Yan,Wenshou Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c02609
摘要

Photocatalytic O 2 reduction to H 2 O 2, coupled with selective alcohol oxidation, represents an efficient strategy for utilizing photogenerated electrons and holes. However, the oxidation of alcohols to aldehydes followed by further in situ functionalization into a high economic value polymer in a single photocatalytic system remains unexplored. Herein, we construct an S-scheme heterojunction between biomimetic Mn(III) tetra(4-carboxylphenyl)porphyrin (TCPP(Mn)) and TiO 2 nanoparticles for visible-light-driven photocatalytic production of H 2 O 2 coupled with polymer synthesis. The TCPP(Mn)/TiO 2 heterojunction delivers high production rates of 4563 and 4225 μmol·g −1 ·h −1 for H 2 O 2 and benzaldehyde, respectively. More importantly, the photocatalytic generation of H 2 O 2 coupled with the oxidation of methanol to formaldehyde, followed by in situ condensation with urea to yield urea-formaldehyde resins over TCPP(Mn)/TiO 2 heterojunctions, was further demonstrated. Mechanistic investigations reveal that the TCPP(Mn)/TiO 2 S-scheme heterojunctions possess great merits of fast charge separation, high redox potentials, and enzyme-mimetic active sites, efficiently boosting the photocatalytic generation of value-added H 2 O 2 and urea-formaldehyde resins. This work provides a generalizable strategy for designing advanced heterojunction photocatalysts for H 2 O 2 production coupled with polymer synthesis.
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