超薄二維共軛高分子高效光解水

據MaterialsViews報道：taiyangnengheshuishidiqiushangzuifengfudeziyuan，zaibandaoticuihuajizuoyongxialiyongtaiyangnengjiangshuifenjiechanshengqingqishizhibeiqingnengyuandeyouxiaotujingzhiyi。gongegaofenzibandaoticailiaojuyoufenzi、電子結構可控
、xiguangjiemianjiaodayijihechengchengbenjiaodidengyoudian。jinnianlai，fazhangongegaofenzibandaoticailiaoyingyongyuguangcuihuafenjieshuizhiqingfangmiandeyanjiuyuelaiyueshoudaozhongshi。raner，muqiangongegaofenziguangcuihuajizhinengshixianzaixishengjicunzaixiaguangcuihuachanqing
，yinci，fazhanchunenggouzaikejianguang（> 400 nm）下進行有效純水分解的有機高分子半導體光催化劑在基礎科學研究以及太陽能利用領域仍然是一個亟待解決的重要挑戰。

最近
，中國科學技術大學徐航勳和武曉君團隊報道能夠在可見光下實現光催化純水分解的二維共軛高分子半導體光催化劑。研究者以1,3,5-三(4-乙炔苯基)苯（TEPB）和1,3,5-三乙炔苯 (TEB）為構建單元，通過簡單的Glaser coupling反應通過炔炔偶聯得到具有超薄片層形貌的高分子納米片PTEPB和PTEB。紫外可見漫反射光譜測定兩種光催化劑的帶隙均小於3 eV，滿足可見光催化。第一性原理計算以及同步輻射光電子能譜表征指出所得到的PTEPB和PTEB能(neng)帶(dai)結(jie)構(gou)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)光(guang)催(cui)化(hua)純(chun)水(shui)分(fen)解(jie)反(fan)應(ying)。同(tong)時(shi)
，獨(du)特(te)的(de)二(er)維(wei)超(chao)薄(bo)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)使(shi)得(de)光(guang)生(sheng)電(dian)子(zi)與(yu)空(kong)穴(xue)能(neng)夠(gou)快(kuai)速(su)分(fen)離(li)並(bing)很(hen)容(rong)易(yi)到(dao)達(da)片(pian)層(ceng)結(jie)構(gou)表(biao)麵(mian)分(fen)別(bie)發(fa)生(sheng)還(hai)原(yuan)和(he)氧(yang)化(hua)反(fan)應(ying)。以(yi)上(shang)特(te)征(zheng)使(shi)得(de)PTEPB以及PTEB能在可見光照射下分解純水（即不含通常所需的犧牲劑和助催化劑）產生H2和O2，從而高效率地將太陽能轉換成氫能。使用全光譜測量的太陽能到氫氣的轉換效率最高可達0.6 ％，大大超過了植物通過光合作用將太陽能轉化為生物質的效率 （全球平均值〜0.10 ％）。同時

，第一性原理計算結果表明PTEPB和PTEB在可見光照射下發生全光解水熱力學上是可行的，並且兩者結構中所含有1,3-二炔基團為全光解水反應提供有效的活性位點
，證實1,3-二(er)炔(que)基(ji)團(tuan)在(zai)調(tiao)控(kong)分(fen)子(zi)電(dian)子(zi)結(jie)構(gou)和(he)提(ti)供(gong)反(fan)應(ying)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)方(fang)麵(mian)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。這(zhe)項(xiang)研(yan)究(jiu)為(wei)今(jin)後(hou)設(she)計(ji)與(yu)合(he)成(cheng)共(gong)軛(e)高(gao)分(fen)子(zi)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)在(zai)光(guang)催(cui)化(hua)產(chan)氫(qing)方(fang)麵(mian)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的(de)思(si)路(lu)，相關結果發表在Advanced materials（DOI: 10.1002/adma.201702428）上。