ホール輸送高分子の水レドックス触媒能の見出しと可視光による水素/酸素発生の化学

空穴传输聚合物的水氧化还原催化能力的发现以及利用可见光产生氢/氧的化学

基本信息

批准号：
21H02018
负责人：
西出宏之
金额：
$ 8.07万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ポリチオフェンなどホール輸送性共役高分子の薄層が、固有な光吸収能と電荷輸送能の他に、水分子の酸化反応の触媒能を兼ね備え、いくつかは光照射下でも促進され、水分解（酸素ガス発生）に作動することを実証した。界面での水へのホール注入の化学的な意味を有機高分子薄層を対象に議論し、有機高分子材料の湿式・(光)電気化学触媒としての高い可能性を明らかにしている。(1)　ポリチオフェン誘導体（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリ-3-ヘキシルチオフェン、P3HT）の薄層を集電基板上に形成し、親水性高分子（ポリヒドロキシエチルメタクリレート）で固定した。暗所、アルカリ水中での正電位印加により、基板単独に比べ、水の酸化電流は過電圧低く開始し(電位1.5-1.6V)、電流値は大きく(サブmA/cm2)、酸素気泡の発生も観測された。特に、リン酸、フチン酸添加の水溶液で顕著で、これら対イオンはポリチオフェンのドーパントとして機能し、小さなTafel勾配から触媒的な作用として示唆された。親水性高分子での被覆は、ポリチオフェン層の作動中の脱離を防ぎ、水の接触また酸素気泡の脱離を容易とした。(2)　電子受容性分子はP3HTに部分的に電荷移動錯体を形成してドープされ、高い光吸収能と併せHOMO準位(-4.70eV)がアルカリ下での水酸化電位より深くなった。各種基板上にこれらP3HT薄層を形成し、可視光照射下での活性測定に着手した。(3)　共役レドックス高分子の酸化還元電位、双安定性、電荷分離、また水界面での電子授受につき、研究代表者のそれらも含む既報論文２００報余りを精査しながら、分子構造、ホール輸送能、光励起特性と関連付けて普遍的に議論し、資源・毒性・安全性に制約ある金属触媒に対し、フィルム形成や耐久性など、水から水素・酸素・過酸化水素を生成する光・電気化学触媒としての有機高分子の利点と可能性を描像した。

已经证明，输运共轭聚合物（例如聚息烯）具有固有的光吸收和电荷传输能力，以及水分子氧化的催化能力，其中一些在光辐照和在水分分解中运行（氧气生产）。在薄的有机聚合物层中讨论了将孔注入水中的化学意义，这表明有机聚合物材料（如湿（照片）电化学催化剂）的高潜力。（1）在电流的底物上形成了一层聚噻吩衍生物（聚乙二醇二噻吩和聚-3-己基噻吩，P3HT），并用亲水性聚合物（多羟基乙基甲基丙烯酸酯）固定。通过在黑暗中施加阳性电位，水的氧化电流开始低于单独的底物（势1.5-1.6V）的氧化电流，电流值很大（sub-ma/cm2），并且还观察到氧气气泡的产生。这在添加磷酸和植酸的水溶液中尤为突出，并且这些相反的作用是聚息烯的掺杂剂，这表明它们是小型Tafel梯度的催化作用。亲水性聚合物涂料阻止了在操作过程中聚集层脱离，并促进了与水接触并吸收氧气气泡。（2）通过部分形成P3HT中的电荷转移络合物来掺杂电子的分子，并且高光吸收能力与HOMO水平（-4.70 eV）相比在碱下的羟基化电位更深。这些薄的P3HT层在各种底物上形成，并在可见光照射下测量活性。（3）我们检查了200多个先前报道的论文，其中包括研究者的论文，包括水接口处的氧化还原潜力，保养性，电荷分离以及电子传输和接收，并讨论了有机聚合物作为光电 - 电子化学催化剂的益处和可能性，这些催化作用是通过产生氢，氧化物和耐水性的氧化能力，包括氧化型的催化能力，包括氧化和培养基，并迫使氧化型，并迫使氧化物呈现氧化，并迫切地构成了氧化物，并迫切地形成了氧化型，并在水中呈现了氧化物，并在水中呈现了氧化的氧化能力，并迫使水的形成，并在水中呈现了氧化物，并在水上呈现了氧化的形成，并在水中进行了氧化的形式，并将其形成氧化能力，并在水中呈现了较高的水。毒性和安全性。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Organic redox polymers as electrochemical energy materials

有机氧化还原聚合物作为电化学能源材料

DOI：
10.1039/d2gc00981a
发表时间：
2022
期刊：
Green Chemistry
影响因子：
9.8
作者：
Kikuya Hayashi; Kei Fukasawa; Takashi Yamashita; Shuzo Hirata*;敷中一洋;Tomoya Higashihara;Kazuo Tanaka;Nishide H.
通讯作者：
Nishide H.

Monash University(オーストラリア)

莫纳什大学（澳大利亚）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

親水高分子層に担持したポリチオフェンの水酸化触媒能

亲水聚合物层负载聚噻吩的羟基化催化能力

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
篠原浩美;西出宏之
通讯作者：
西出宏之

Two States of Water Converge to One State below 215 K

低于 215 K 时两种水态会聚合为一种水态

DOI：
10.1021/acs.jpclett.1c01132
发表时间：
2021
期刊：
The Journal of Physical Chemistry Letters
影响因子：
0
作者：
Oka Kouki;Shibue Toshimichi;Sugimura Natsuhiko;Watabe Yuki;Tanaka Midori;Winther-Jensen Bjorn;Nishide Hiroyuki
通讯作者：
Nishide Hiroyuki

Polymer Complexes for Electrocatalytic Oxygen Evolution

用于电催化析氧的聚合物配合物