近年來，分子催化劑因結(jié)構(gòu)易于調(diào)控,且具有良好的催化活性而被廣泛用于能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。通過改變?nèi)〈、配體及金屬中心位點的種類可以調(diào)控其電子結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化電催化活性，這也有助于探討結(jié)構(gòu)-機(jī)理-催化活性三者之間的關(guān)系。這類催化劑因?qū)щ娦暂^差等缺點導(dǎo)致其過電位較大，因此通過分子水平的調(diào)控優(yōu)化催化劑的電催化性能顯得尤為重要。此外，對于光敏性電催化劑，光照會對其金屬中心的電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，這為探究這類催化劑光耦合電催化性能提供了可能性。
鑒于此，彭天右教授團(tuán)隊設(shè)計合成了一系列基于卟啉和鉗形配體的聚合物(CuPor-RuN3，H2Por-RuN3和CuPor-N3)，探究了金屬中心對電催化析氫反應(yīng)（HER）活性的影響。實驗結(jié)果證明CuPor-RuN3聚合物中Ru金屬中心為主要的電催化HER活性位點，Cu和Ru雙金屬的引入增強(qiáng)了Cu中心到Ru催化活性位點的電子轉(zhuǎn)移，提高了CuPor-RuN3聚合物的電催化HER活性，其在10 mA cm-2處的過電位為73 mV。利用CuPor-RuN3聚合物的光敏性研究了光耦合電催化HER活性，結(jié)果表明在光照條件下其10 mA cm-2處的過電位降至46 mV。同時，構(gòu)建了以BiVO4為光陽極和CuPor-RuN3為光陰極的雙電極光電化學(xué)池，該光電化學(xué)池具有良好的全水分解性能。
圖 1. CuPor-RuN3，H2Por-RuN3和CuPor-N3聚合物的合成。
該研究工作合成了具有光敏性的CuPor-RuN3聚合物，通過分子水平的調(diào)控證實了Cu和Ru雙金屬中心的引入有利于增強(qiáng)CuPor-RuN3聚合物的電催化HER性能，光照進(jìn)一步增強(qiáng)了其電催化HER性能，為設(shè)計高活性的分子催化劑提供了新思路。
以上相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 202107290.)上。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院博士生王婷霞，碩士生郭璐璐和博士后江卓為該論文共同一作，通訊作者為武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院彭天右教授和李仁杰副教授。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107290
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