自組裝卟啉納米結構及其有序陣列的制備一直受到廣泛關注,其目的是模仿自然采光過程和能量存儲,并開發用于光催化過程的新型納米結構材料。
在此,我們給大家帶來一篇關于一維卟啉納米結構(納米棒和納米線)的受控合成的文章,這種納米結構具有良好的自組裝卟啉網絡,能夠**地進行能量轉移,以增強氫的生成過程中的光催化活性。這篇文章Self-Assembled One-Dimensional Porphyrin Nanostructures with Enhanced Photocatalytic Hydrogen Generation 發表在雜志Nano Letters上。
因為THPP粉不溶于水,為了在水相中引發自組裝,堿化其羥基,使其去質子化形成可溶于水溶液的四羥基TPP4-陰離子,以臨界膠束濃度(cmc)以上的表面活性劑濃度制備酸性表面活性劑水溶液使之形成表面活性劑膠束,然后將TPP4-陰離子溶液注入到強攪拌作用下的酸性表面活性劑溶液中。及在酸堿中和作用下,四個羥基從相應的陰離子態中被恢復,存在于表面活性劑膠束的疏水內腔中,進一步組裝成納米線。
通過下圖a的SEM和圖b的TEM圖可以清楚的看到該納米線的形成,而圖c的高分辨顯示平面間距離為1.39 nm,通過和XRD數據對比模擬出了晶體結構下圖d。
通過下圖的TEM和紫外可見光譜可以追蹤該反應的歷程。進而通過控制時間而得到不同的產物(粗細程度、長度不同的產物)。
在得到的產物進一步實驗中我們可以發現,納米線和納米棒光解水的催化性能遠遠高于粉末樣品和長的納米線(下圖a)。可能的原因在于再整個可見光的范圍內納米棒的總吸光度強于其他材料,并且在晶體結構也有一定的區別。
一般來說,有機光催化劑受光穩定性的限制,因為它們很容易在溶劑中進行光漂白或溶解。自組裝的THPP納米線具有剛性骨料框架的幾何約束,確保更好的穩定性。通過重復實驗研究了THPP納米線催化劑的穩定性如下圖所示,在40h的測試下性能有輕微的下降。
綜上所述,該作者通過限制在表面活性劑膠束內的成核和生長,開發了自組裝THPP納米棒和納米線的可控合成。光學吸收特性表明,自組裝誘導了THPP的**光學耦合。與原來的卟啉單體相比,增強了光學吸收,吸收帶紅移到更廣泛的可見光譜,在光解水制氫上是卟啉單體的二十倍。