曹镛：开发出应用于海水环境中高效光催化分解水制氢的水溶性共轭小分子

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光催化分解水制氢是一种理想的获取清洁能源的手段，因此高效光催化剂的开发在近年备受关注。目前报道的有机光催化剂往往具有疏水性的结构，同时大都不能溶于常规溶剂，会带来批次差异性以及难以在水溶液中形成均匀分散等问题。另外，对于光催化制氢而言，最为理想的模型是直接将海水资源加以利用。然而，由于海水的高盐度，使得传统的光催化剂难以在海水环境中有效地工作。因此，开发一类能够在海水环境中实现高效光催化制氢的有机光催化剂仍是一项巨大的挑战。

近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室曹镛院士、黄飞教授研究团队和陕西师范大学蒋加兴教授课题组发现海水中的氯离子对光催化作用有着重要影响，氯离子的存在可促进设计合成的水溶性共轭小分子PorFN在海水体系中形成超分子结构，组装形成的超分子结构促进了分子间的电荷转移，突破了电子从单分子光敏剂转移到铂纳米颗粒的距离限制，从而获得了盐水环境中的高效光催化制氢体系。

作者首先在不同浓度的氯化钠溶液中对PorFN分子的组装行为进行了系统探究，结果发现溶液中氯离子的存在会通过静电作用诱导PorFN分子组装形成超分子结构，并且所形成的超分子粒径会随着盐浓度的提高而增大。

作者进一步通过超快荧光光谱手段研究了电荷转移的速率以及反应机理，发现超分子结构的粒径尺寸对光催化制氢的效率是至关重要的。太小的粒径尺寸会限制铂纳米颗粒的负载，而过大的粒径尺寸会阻碍光生载流子的有效传输。最终作者将该小分子材料应用于人工模拟海水环境中，发现其光催化制氢效率可达10.8 mmol h-1g-1，相较纯水中的单分散体系产氢效率提升了50多倍，这一结果也是目前所报道的有机半导体光催化制氢最高效率之一。

该研究成果以题为“Water‐Soluble Conjugated Molecule for Solar‐Driven Hydrogen Evolution from Salt Water”发表在国际期刊Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm20180815)上，论文第一作者为华南理工大学杨喜业博士，通讯作者为华南理工大学黄飞教授和陕西师范大学蒋加兴教授。研究工作得到了国家自然科学基金和广州市科技计划项目支持。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201808156