Ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας και Μηχανικής Υλικών Νινγκμπό (NIMTE) και το Τεχνικό Ινστιτούτο Φυσικής και Χημείας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών ανέπτυξαν έναν ομοιοπολικό οργανικό σκελετό (COF) με συνδέσεις κουμαρίνης, ο οποίος ενισχύει την αποδοτικότητα της φωτοκαταλυτικής διάσπασης του νερού για την παραγωγή υδρογόνου.
Δομική ακαμψία και περιορισμός ενεργειακών απωλειών
Στους συμβατικούς συζευγμένους ομοιοπολικούς οργανικούς σκελετούς, οι ευέλικτοι δεσμοί επιτρέπουν περιστροφές εκτός επιπέδου, γεγονός που διαταράσσει τη συζυγία των π-ηλεκτρονίων, αυξάνει την απώλεια ενέργειας και περιορίζει τον διαχωρισμό των φορτίων.
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος, η ερευνητική ομάδα εισήγαγε επίπεδες συνδέσεις κουμαρίνης στη δομή του COF. Η επιλογή αυτή προσέφερε υψηλή ακαμψία, ενισχύοντας τον αποεντοπισμό των ηλεκτρονίων και περιορίζοντας τις δομικές διακυμάνσεις σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς δεσμούς ιμίνης.
Αύξηση της διάρκειας ζωής των φορτίων και επιδόσεις
Η εισαγωγή της κουμαρίνης βελτίωσε τον διαχωρισμό των φορτίων, επιτρέποντας στη διαχωρισμένη κατάσταση φορτίου να διατηρηθεί περίπου 1.000 φορές περισσότερο σε σύγκριση με το αντίστοιχο υλικό συνδεδεμένο με ιμίνη. Η ταχεία μεταφορά των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων προς τα σωματίδια λευκόχρυσου (Pt) διευκόλυνε την αναγωγή των πρωτονίων και την παραγωγή υδρογόνου.
Το νέο υλικό πέτυχε ρυθμό παραγωγής υδρογόνου 531 mmol g-1 h-1 υπό ακτινοβολία 440 nm, με φαινόμενη κβαντική απόδοση 37,95% στα 405 nm. Παράλληλα, σημείωσε ρυθμό 166 mmol g-1 h-1 υπό ορατό φως άνω των 420 nm, αναδεικνύοντας τις δυνατότητές του για εφαρμογές παραγωγής ηλιακού υδρογόνου.