Adv. Mater.：铜基纳米结构配位聚合物用于可见光光催化

【引言】

光活性材料对于太阳能转化来说，至关重要。几十年以来，具有光活性的材料主要是无机非金属材料，例如，TiO₂、ZnO和CdS等。而近年来，发现很多有机材料已经具有光催化活性，能够应用于水的分解，污染物的去除以及功能化有机分子，而这类材料中主要是以共轭有机物为代表的聚合物。

铜由于具有配位/电子传递特性，它在化学/生物催化过程中十分活跃。同时，由于铜具有复杂而丰富的活化态使得其在传感器、光催化剂和光感功能器件中应用十分广泛。为此，科学界已经对如何整合铜基配位聚合物所具有的催化活性和超凡的光物理性质做出了相当大的努力。

【成果简介】

近日，中国科学院化学研究所光化学重点实验室宋文静副研究员（通讯作者）团队合成了苯基乙酰基铜（PhC₂Cu）纳米带。长程有序的结构使得该纳米带具有2.3 eV的光感禁带宽度。其最为特别之处在于它的结构有利于电子-空穴的分离。在可见光（波长为：420 nm~800 nm）下，PhC₂Cu在消除水中有机污染物三氯乙酸（TCA）、甲基橙（MO）和2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）方面，表现出十分有益的性能。据研究人员介绍，该物质的光活性主要是由于PhC₂Cu具有高的导带能量，电子从PhC₂Cu导带传导至TCA可以使其C-Cl键断裂，从而增快降解速率，得到氢化产品（如二氯乙酸DCA）。这项研究成果为发展新型的光催化薄膜材料纳米结构的铜基乙炔化物打下了重要的基础。

【图文导读】

图1：PhC₂Cu的结构表征

a）PhC₂Cu的XRD图，其中，插图部分为PhC₂Cu的粉末照片；

b）PhC₂Cu的晶体结构示意图（黑色球指C原子，白色球指H原子，灰色球为Cu原子）；

c）PhC₂Cu的SEM图；

d）PhC₂Cu的TEM图。

图2：利用密度泛函理论（DFT）的计算结果

a）PhC₂Cu态密度（DOS）；

b）局域态密度（PDOS）。

图3：基于标准漫反射图谱所做的Tauc测量

a）PhC₂Cu粉末的漫反射图谱，其中插图为PhC₂Cu悬浮液的吸收光谱；

b）PhC₂Cu在435 nm波长下激发后的发射光谱。

图4：针对不同有机污染物在不同条件下PhC₂Cu的光致降解性能测试

a）针对TCA的测试，其中C_TCA=1.0x10^-4mol/L，C_PhC2Cu=1.0 g/L；

b）针对MO的测试，其中C_MO=6.0x10^-5mol/L，C_PhC2Cu=0.5 g/L；

c）针对2,4-DCP的测试，C_2，4-DCP=1.0x10^-4mol/L，C_PhC2Cu=1.0 g/L；

d）不同波长下针对2,4-DCP的降解，PhC₂Cu的表观量子产量。

注：以上所使用光的波长范围都是（420—800 nm）

图5：在光催化条件下形成O₂^·—的过程

a）在光催化条件下，通过硝基四唑蓝（NBT）法检测，形成O₂^·—的过程，其中C_PhC2Cu=0.5 g/L，波长为420—800 nm，温度20 ℃；

b）在光催化条件下，通过N，N-二乙基-p-苯二胺（DPD）—山葵过氧化物酶（POD）法检测，形成H₂O₂的过程，其中C_PhC2Cu=0.125 g/L，波长为420—800 nm，温度20 ℃。

文献链接：Copper-Based Coordination Polymer Nanostructure for Visible Light Photocatalysis（Adv. Mater. 2016，DOI:10.1002/adma.201603556）

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