Gli scienziati hanno scoperto la riduzione del biossido di carbonio mediante riduzione fotoelettrica

Società di elettrostimolazione₂ Reazione di riduzione (CO₂RR) si ritiene che sia una tecnologia favorevole dal punto di vista ambientale per l’utilizzo dell’anidride carbonica₂ Come materia prima economica e abbondante di anidride carbonica per la produzione di sostanze chimiche a valore aggiunto come l’anidride carbonica. Tuttavia, la natura termodinamicamente stabile dell’anidride carbonica₂ Una molecola con un’elevata energia di legame C=O spesso porta a una cinetica lenta dell’anidride carbonica₂→ Anidride carbonica ed elevato apporto energetico.

L’introduzione di un ulteriore campo di luce visibile rappresenterebbe una potenziale strada per esplorare condizioni di reazione ottimali e sviluppare efficienti catalizzatori di CO₂RR verso CO, per cui lo stato eccitato altamente eccitato fotoindotto degli elettrocatalizzatori fotosensibili può migliorare efficacemente la barriera alla formazione di mezzi reattivi e ridurre l’energia delle fasi di determinazione della velocità (RDS) della CO elettrocatalitica₂R.R. L’effettiva durata dello stato eccitato del sito attivo è un importante fattore d’influenza per la fotoelettrocatalisi visibile.

In uno studio pubblicato su Giornale dell’American Chemical SocietyUn gruppo guidato dal professor CAO Rong e dal professor HUANG Yuanbiao del Fujian Research Institute of Matter Structure dell’Accademia cinese delle scienze ha combinato Ru(bpy)₃Cl₂ Donatori fotosensibili di COF 2,2′-bipiridina a base di porfirina (Co-Bpy-COF) attraverso un metodo post-sintetico (PSM), fornendo Co-Bpy-COF-Ru_S (X è il rapporto molare delle specie Ru e Co, X = 1/2 e 2/3) con durate più lunghe per lo stato eccitato di CO₂ riduzione in condizioni pv. Proprietà donatore-accettore e gigantesco campo elettrico incorporato in Co-Bpy-COF-Ru_S Efficiente accelerazione del trasferimento di elettroni fotoindotto di Ru (bpy)₃Cl₂ alle porfirine di cobalto sotto la luce esterna.

I ricercatori hanno scoperto che, rispetto alla sua controparte non modificata Co-Bpy-COF, il Co-Bpy-COF-Ru ottimale_1/2 Presenta un’elevata efficienza faradaica della CO del 96,7% a -0,7 V rispetto a un elettrodo a idrogeno reversibile (RHE) e una densità di corrente parziale della CO di 16,27 mA cm.^-2 Con -1,1 eV rispetto all’RHE con luce assistita, entrambi hanno superato significativamente i valori osservati al buio. Tuttavia, per Co-Bpy-COF, i valori di FE_un’azienda e sì_un’azienda I test alla luce non hanno mostrato miglioramenti significativi rispetto a quelli registrati al buio, il che potrebbe essere attribuito al rapido rilassamento dello stato eccitato nel sistema monomerico fotosensibile.

Inoltre, i ricercatori hanno rivelato la direzione del trasferimento di elettroni eccitati dal Ru(bpy).₃Cl₂ alle porfirine di cobalto mediante l’orbitale molecolare occupato più alto (HOMO) e l’orbitale molecolare non occupato più basso (LUMO) degli elementi costitutivi. L’esperimento di spegnimento della fluorescenza e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) sotto luce visibile hanno confermato la reale esistenza del trasporto elettronico eccitato di Ru (bpy)₃Cl₂ alle porfirine di cobalto.

Inoltre, i ricercatori hanno studiato la formazione di un gigantesco campo elettrico compatto in Co-Bpy-COF-Ru_S Mediante spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) e misurazioni di conducibilità. Gli spettri di assorbimento transitorio ultraveloce (TA) hanno indicato che il donatore forte (Ru(bpy)₃Cl₂) e il gigantesco campo elettrico incorporato estende significativamente la durata dello stato eccitato delle porfirine di cobalto fino a 3,4 volte superiore a quella della sua controparte non modificata Co-Bpy-COF. L’effetto della radiazione luminosa esterna che abbassa la barriera energetica per la formazione di CO è stato verificato mediante calcoli delle pendenze di Tafel e della teoria della funzione di densità (DFT).

Questo studio si concentra sulla lunga durata in stato eccitato degli elettrocatalizzatori fotoaccoppiati per una CO efficace₂prodotti RR alla CO e fornire linee guida per lo sviluppo di efficienti elettrocatalizzatori fotoaccoppiati.