Химики из университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене разработали новые пористые материалы, называемые «органическими ковалентными структурами», которые обеспечивают основу для разработки полимерных фотокатализаторов с перестраиваемыми физическими, химическими и электронными свойствами.
Химические системы, способные генерировать газообразный водород с помощью активированного светом разрыва молекул воды (часто называемого искусственным фотосинтезом) представляют собой перспективную технологию для эффективного хранения солнечной энергии. Тем не менее, системы, которые были разработаны до данного времени, имели различные недостатки, и прилагались интенсивные усилия, чтобы обнаружить альтернативные процедуры, которые являются более практичными и эффективными. Химики ввели новый класс пористых органических материалов, которые могут быть использованы в качестве основы для молекулярно перестраиваемых фотокатализаторов для производства газообразного водорода.
Ученые были заинтересованы в свойствах и практических приложениях так называемых ковалентных органических структур. Эти материалы состоят из слоев регулярных двумерных молекулярных сетей, синтезированных из простых органических прекурсоров, и они проявляют ряд особенностей, которые облегчают фотокаталитические процессы. Они образуют кристаллические и пористые полупроводники, чьи химические свойства могут быть точно настроены для данного применения. Они уже рассматриваются в качестве возможных матриц для хранения газов и для применения в технологии датчиков, а также имеют значительный потенциал в области оптоэлектроники.
Исследователи изучали потенциал таких пористых полимеров, как фотокатализаторы. В своей последней работе, они выбрали так называемые трифениларены как основных подразделения их модели матрицы. Большим преимуществом этого класса материалов является то, что химические и физические свойства сети могут быть легко разработаны для различных приложений путем простого изменения структуры предшественников. Эта гибкость позволила исследователям постепенно модулировать их способность производить водород. Их рабочие параметры в данном контексте сопоставимы с установленными фотокатализаторами на основе нитрида углерода и оксидов. Плоские слои нового набора соединений синтезируются из гидразина и ряда ароматических триальдегидов. В результате появляется структура, в которой субъединицы триальдегид связаны друг с другом азиновыми «мостами» для формирования двумерных решеток.
Фотокатализаторы на основе металлов часто являются дорогими для изготовления и сложными для изменения. Но так как свойства органических ковалентных структур могут быть легко и специально изменены, то их характеристиками также можно манипулировать по своему желанию. Поэтому они обеспечивают сочетание характеристик, которые делают их идеально подходящими в качестве основы для разработки экологически чистых и экономичных фотокатализаторов.
Ученые уже продемонстрировали на молекулярном уровне, что структурные, морфологические и оптоэлектронные свойства ковалентных органических структур могут быть точно настроен таким образом, чтобы максимизировать их фотокаталитическую активность. Успехи химиков, таким образом, обещают сделать солнечную энергию еще более привлекательной в качестве будущего источника устойчивой энергии.
|