引言: 光催化水分解水可以從可再生資源中產(chǎn)生可儲(chǔ)存的燃料，而不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致氣候變化的副產(chǎn)品。人們已經(jīng)研究了大量無機(jī)半導(dǎo)體，高分子共價(jià)聚合物作為光催化劑分解水，包括水的氧化和質(zhì)子還原，分別可以得到氧氣和氫氣，近期，有關(guān)通過交叉偶聯(lián)或縮合反應(yīng)合成的共軛有機(jī)材料引起了越來越多科學(xué)家的關(guān)注，包括線性共軛聚合物、共價(jià)有機(jī)骨架（COFs），金屬有機(jī)框架（MOFs）和基于三嗪骨架的碳氮材料。這些材料有很多都表現(xiàn)出良好的光催化性能，可以從水中制取氫氣，而具有**光催化水氧化性能的催化劑相對(duì)較少。

 成果簡(jiǎn)介：福州大學(xué)王心晨教授相關(guān)團(tuán)隊(duì)與國(guó)外大學(xué)合作首次開發(fā)出一種線性共軛有機(jī)聚合物光催化劑，在負(fù)載鈷作為助催化劑后，取得了**的光催化水氧化效果，為光催化材料的選擇提供了新思路。相關(guān)成果以“Water oxidation with cobalt-loaded linear conjugated polymer photocatalysts”為題發(fā)表在國(guó)際期刊Angew上。（DOI:10.1002/anie.202008000）

圖1：這里結(jié)合 DFT計(jì)算預(yù)測(cè)出以上十種聚合物都具有光催化水氧化的基本潛能，而其中大部分聚合物都是使用鈀催化的二溴代芳烴與二硼酸/酸酯酯芳烴的Suzuki-Miyaura縮聚反應(yīng)合成，結(jié)果顯示， P10（二苯并[b，d]噻吩砜均聚物）是光沉積鈷助催化劑后光催化水氧化性能比較好的材料，同等條件下，其水氧化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大部分已報(bào)道的其他材料光催化劑。

圖2：P10光催化性能好的原因分析及水氧化性能實(shí)驗(yàn)。

圖a，通過理論計(jì)算來預(yù)測(cè)10種聚合物電離勢(shì)，預(yù)測(cè)的電離勢(shì)決定著光催化水氧化的驅(qū)動(dòng)力大小，從圖中來看，P10有著較大的電離勢(shì)，因而其光催化水氧化的驅(qū)動(dòng)力相對(duì)較大。圖b，10種聚合物的固體紫外-可見光譜，用于比較光學(xué)帶隙，發(fā)現(xiàn)P10具有相對(duì)較窄的光學(xué)帶隙，對(duì)光的吸收也比較高，有利于光催化水分解。圖c，所有聚合物光催化劑同等條件下的光催化產(chǎn)氧實(shí)驗(yàn)(300w氙燈光源，聚合物50mg，負(fù)載1 wt. %的鈷，100ml水，0.01 M AgNO₃，200mg La₂O₃)，發(fā)現(xiàn)P10的光催化水氧化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他所有催化劑。

圖3： P10負(fù)載1wt . %鈷a)在水中和b）在0.01M 的AgNO₃的瞬態(tài)吸收光譜圖（400 nm激發(fā)，150 nJ脈沖，5 kHz）。

這里通過瞬態(tài)吸收光譜探究P10的載流子動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)在電子清除劑存在的情況下，激子會(huì)發(fā)生快速氧化猝滅，從而不會(huì)發(fā)生載流子的復(fù)合，提高光催化的效率。

圖4：P10光催化劑在全光照和可見光照不同條件下的光催化產(chǎn)氧的時(shí)間曲線。(300w氙燈光源，聚合物50mg，負(fù)載1 wt. %的鈷，100ml水，0.01 M AgNO₃，200mg La₂O₃) 對(duì)比發(fā)現(xiàn)，P10光催化劑在全光照下的水氧化效率明顯更高，單獨(dú)在可見光下的水氧化效率也比較高，說明其對(duì)可見光的利用率很不錯(cuò)，兩條曲線隨時(shí)間延長(zhǎng)基本都在均勻上升，也說明該催化劑穩(wěn)定性良好。

小結(jié)：本文首次開發(fā)出一種線性共軛有機(jī)聚合物光催化劑，在負(fù)載鈷作為助催化劑后，取得了**的光催化水氧化效果，為光催化材料的選擇提供了新思路，并且充分結(jié)合了理論計(jì)算，為尋找新型光催化材料提供了方便，也為全有機(jī)催化劑體系的整體水分解奠定了基礎(chǔ)，可以從質(zhì)子還原和水氧化兩方面分開考慮。

文獻(xiàn)鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202008000

以上內(nèi)容均來自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系在在線客服刪除！謝謝

不用于商業(yè)用途用途，不能用于人體實(shí)驗(yàn)