Forskningsprojekt inom Tian Group

Forskningen inom Tian Group kretsar kring molekylära enheter för artificiell fotosyntes. Nedan hittar du mer information om respektive projekt. 

Organiska polymerer har potential att erhålla hög fotokatalytisk effektivitet, eftersom deras strukturer och egenskaper enkelt kan ställas in genom att konstruera dem med olika kromofora byggstenar. Emellertid är alla polymerer som hittills rapporterats för protonreduktion hydrofoba, vilket leder till otillfredsställande prestanda i rent vatten. Av denna anledning är tillsats av ett organiskt lösningsmedel eller mycket flytande elektron/protondonator, såsom MeOH eller trietanolamin (TEOA), önskvärt. Vi har experimentellt bevisat att genom att göra om den organiska polymeren till prickar i nanoskala (s.k. Pdots) kan man dramatiskt förbättra den fotokatalytiska prestandan för protonreduktion i vattenlösning utan tillsats av något organiskt lösningsmedel..

Relevanta publikationer:

1. Wang L., Fernández-Terán R., Zhang L., Fernandes D., Tian. L., Chen H., Tian H., Organic Polymer Dots as Photocatalysts for Visible Light-Driven Hydrogen Generation, Angew Chem Int Ed, 2016, 55 (40), 12306-12310.
2. Pati P., Damas G., Tian L., Fernandes D., Zhang L., Pehlivan I., Edvinsson T., Araujo C., Tian H. An experimental and theoretical study of an efficient polymer nano-photocatalyst for hydrogen evolution, Energy Environ. Sci., 2017,10, 1372-1376 
3. Liu A., Tai C., Hola., Tian H. Hollow Polymer Nanoparticles: Nature Mimicking Architecture for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution, J. Mater. Chem. A, 2019, doi: 10.1039/C8TA12146J 
4. Liu A., Gedda L., Axelsson M., Pavliuk M., Edwards K., Hammarström L., Tian H. Panchromatic Ternary Polymer Dots Involving Sub-Picosecond Energy and Charge Transfer for Efficient and Stable Photocatalytic Hydrogen Evolution. J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 7, 2875–2885

På grundval av studier av p-typ färgämnessolceller och organiska solceller, arbetar vi på immobilisering av katalysatorer på olika fotoceller för att åstadkomma ljusdriven vattendelning och minskning av CO₂. För att göra katalysatorn stadigt immobiliserad på fotokatoden används klick-kemi som en effektiv strategi för att utföra detta arbete. Vi transplanterar detta koncept på NiO-baserad elektroder samt organiska fotovoltaiska (OPV) elektroder.

Relevanta publikationer:

1. Chen Y., Chen, H., Tian H., Immobilization of a cobalt catalyst on fullerene in molecular devices for water reduction, Chem. Commun., 2015, 51, 11508-11511.
2. Tian H., Molecular Catalyst Immobilized Photocathodes for Water/Proton and Carbon Dioxide Reduction, ChemSusChem 2015, 8, 3746.
3. Pati. P., Zhang, L., et al., Insights into the Mechanism of a Covalently Linked Organic Dye–Cobaloxime Catalyst System for Dye-Sensitized Solar Fuel Devices,  ChemSusChem, 2017, 10 (11), 2480-2495.
4. Huang J., Gibert M., et al., Covalently linking CuInS2 quantum dots with a Re catalyst by click reaction for photocatalytic CO2reduction, Dalton Trans., 2018, 47, 10775-10783 

I stället för flytande redoxpar har elektronledarmaterial använts för att genomföra elektronöverföring mellan fotokatoden och motelektroden i fotosensibilisator-sensibiliserade mesoporösa halvledarsolceller. Molekylära färgämnen, perovskite samt kvantpunkter har använts som fotosensibiliserare i denna studie. Olika elektrontransportmaterial har också använts för att förbättra effektiviteten i energiomvandling.

Relevanta publikationer: 

1. Tian, H., Xu, B., Chen, H., Johansson, E. M. J. and Boschloo, G., Solid-State Perovskite-Sensitized p-Type Mesoporous Nickel Oxide Solar Cells. ChemSusChem, 2014 7: 2150.
2. Zhang, L., Boschloo, G., Hammarström, L., Tian, H., Solid state p-type dye-sensitized solar cells: concept, experiment and mechanism. Phys. Chem. Chem. Phys., 2016,18, 5080-5085 
3. Tian L., Föhlinger J., et al., Ultrafast dye regeneration in a core–shell NiO–dye–TiO2 mesoporous film. Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 36-40.
4. Tian L., Föhlinger J., et al., Solid State p-Type Dye Sensitized NiO-dye-TiO2 Core-Shell Solar Cells. Chem. Commun. 2018, 54, 3739-3742 
5. Xu B., Tian L., et al. Solution-processed nanoporous NiO-dye-ZnO photocathodes: Toward efficient and stable solid-state p-type dye-sensitized solar cells and dye-sensitized photoelectrosynthesis cells. Nano Energy 2019, 55, 59-64

Mesoporösa halvledare har ytdefekter/yttillstånd som spelar olika betydande roller i solenergiomvandling och lagringsenheter. Att förstå rollen av yttillstånd hos halvledare är särskilt viktigt för att justera egenskaperna hos mesoporösa halvledare och därmed förbättra prestandan hos motsvarande enheter.

Relevanta publikationer:

1. Tian L., Tyburski R., Wen C, Sun R., Abdellah M., Huang J., D’Amario L, Boschloo G., Hammarström L., Tian H., Understanding the Role of Surface States on Mesoporous NiO Films. J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c08886,