德国应化，纳米多孔嵌段共聚物膜中光驱动水氧化的多模态分析

异质光催化是可持续能源转化的基础，大多数催化研究都侧重于氢和氧的总量分析，这阻碍了矩阵异质性、分子特征和总体反应性的相关性。因此，开发一种新的局部浓度和分布的空间分辨率信息研究异质催化剂性能的方法尤为重要。此外，水的分解是碳中性燃料的主要途径之一，因此可持续能源领域已成为异质催化剂开发的主要驱动力。而人工光合作用是实现水分解的一种特别有前途的方法，因此需要研发高活性和稳定的催化剂。

图1. a） 通过静电相互作用说明纳米多孔嵌段共聚物和非均相PS和WOC。b） 描述光驱动O2演化的反应，c）使用SECM对纳米多孔嵌段共聚物膜的局部操作性O2测量（假彩色SEM图像）进行说明

3月6日，来自德国乌尔姆大学的Julian Kund等人在Angewandte Chemie期刊发表论文"Multimodal Analysis of Light-Driven Water Oxidation in Nanoporous Block Copolymer Membranes"。本研究表明虽然目前已经有了一些杂化催化剂的研究，但大多数研究都是通过分析演化气体和溶液中的O2来进行的，因此需要一种更好的方法来评估催化剂的局部分布和浓度。

图2. 钨（W）、钴（Co）、氧（O）和钌（R）元素分布的STEM/EDX图

本论文研究了利用聚合物氧化物催化剂和模型分子光敏化剂共同固定在纳米多孔聚合物膜中的杂化催化剂/光敏化剂系统的光驱动水氧化反应。通过操作扫描电化学显微镜(SECM)，利用双过硫酸钠(Na2S2O8)作为牺牲电子受体，确定了光诱导的氧气进化。离线元素分析提供了分子成分的局部浓度和分布的空间分辨率信息。修饰膜的红外衰减全反射(IR-ATR)研究表明，在所报道的光驱动条件下，水氧化催化剂没有降解。         

这项工作为光驱动水氧化反应的杂化材料提供了新的解决方案，并通过使用纳米多孔聚合物膜作为载体，提供了更好的性能和控制。该论文的研究结果提供了一种新的思路，即通过局部浓度和分布的空间分辨率信息来研究杂化催化剂的性能。

图3. a） 显示不同膜批次的反应速率（蓝色）和O2释放延迟时间（绿色）的条形图。b） 来自两个膜（M1:n=2；M2:n=4；M3:n=6）的三个不同固定化批次的每秒O2量（蓝色条）

原文链接: https://doi.org/10.1002/anie.202217196

转自：“科学研究进展”微信公众号

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