武大《AEM》：将聚合物嫁接到纳米纸上，用以高效全解水！

众所周知，光水解是解决当前能源和环境问题的潜在方法之一。构建一个合适的光系统，具有匹配的能量带结构、足够的光子吸收和有效电荷分离是实现卓越的水分解性能的基本目标。在过去的几十年里，具有分步电荷传递途径的Z-Scheme光系统引起了广泛的关注，因为它不仅有利于光刺激电荷载体的分离，而且保持了两种半导体成分的高氧化还原能力。虽然各种纳米结构材料被用于构建Z-scheme催化剂，无需囊性剂和外部偏置就完成了整体水光分置，但光系统仍面临着低量子消融性、不科学稳定性和光/电子性能可调性的问题。因此，应更加重视对光催化器的探索，以提高能量转换的效率。
为此，武汉大学彭天右教授课题组通过级联电荷转移和单原子催化位点，将波菲林结合聚合物嫁接到 BiVO4 纳米纸上，用于高效的Z-Scheme全水分解”的文章。相关工作以“Porphyrin Conjugated Polymer Grafted onto BiVO4 Nanosheets for Efficient Z-Scheme Overall Water Splitting via Cascade Charge Transfer and Single-Atom Catalytic Sites”为题发表在Advanced Energy Materials上。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202003575
本文展示了一种基于异金属锌/Pt-porphyrin结合聚合物（ZnPtP-CP）的新颖艺术的Z-Scheme光系统，通过Zn-O-V桥接键将这种聚合物嫁接到超薄的BiVO4纳米片上，用于高超全水光镀工艺。在生成的 ZnPtP-CP/BiVO4 复合材料上，BiVO4 纳米板通过 Zn-O-V 桥接键与 ZnPtP-CP 纳米板紧密接触，从而促进了 Z-Scheme的电荷转移，其中 ZnPtP-CP 为富电子单元，BiVO4 为富孔单位。BiVO4的光刺激电子通过Zn-O-V键与ZnPtPCP的光生成孔转移到接口并重组，从而保持了ZnPtP-CP中光导电子的强还原性和BiVO4中光生成孔的强氧化能力。此外，Pt-porphyrin桥接单元中高度分散的 Pt 中心 （PtN4） 充当单原子催化位点，通过光生成电子从 Zn-porphyrin 快速迁移到 Pt-porphyrin 单元进行水还原反应，从而促进级联电荷转移。
图1|各种PXRD图
图2|高分辨率 XPS 光谱
图3|在光催化反应条件下，各种样品的整体水分裂性能
图4| a） Zn K-边缘和 b） Pt L3-边缘 XANES 信号
图5| 能量带结构的示意图
总之， 本文报道了用于整体水分裂的Z-scheme双功能光系统，使超薄BiVO4和ZnPtP-Nano板分别可作为ER的孔丰富的储层以及ER的富电子储物。超薄 BiVO4 纳米板有利于通过 Zn-O-V 桥接键与 ZnPtP-CP 纳米板保持密切联系，促进 Z-scheme 电荷传输机制， 通过Zn-O-V键，BiVO4纳米表中的光导CB电子可与ZnPtP-CP的活跃的VB孔进行传输和重组，从而保持ZnPtP-CP的CB电子的强还原性和BiVO4的VB孔的强氧化能力。此外，由于Zn/Pt单原子位点的高分散度，ZnPtP-CP在相邻的波芬单元之间存在周期性异质阵列，这使得光刺激的活跃电子比传统的Z-scheme系统更有效地将电子从ZnPor单元快速迁移到作为H2进化单原子催化位点的PtPorF内核。这种具有级联电荷传递过程和两步激励的Z-scheme机制使ZnPtP-CP/BiVO4复合材料在没有囊性代理和外部偏置帮助的情况下实现了高效率的整体水光分置。本结果为基于BiVO4和聚合物纳米板的E应性Z-方案双功能光系统设计提供了一种新方法。（文：SSC）
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