中國科學院化學研究所林禹澤課題組在激發態離域的有機光伏催化劑方面取得新進展
氫能因其高能量密度、使用過程零污染和無碳排放等特性，被視為未來能源發展的重要方向。太陽能光催化制氫是“綠氫”制備的重要手段，但由于太陽光中紫外線僅占 5%，因此需要開發能夠利用可見光和近紅外光的高效光催化劑，以提高太陽能轉化為氫能的效率，從而滿足應用需求。有機光伏材料具有結構多樣、帶隙可調和吸收范圍廣的特點，因此成為極具吸引力的光催化劑。然而，有機光伏材料的強電聲耦合作用使光生激子和載流子局域化，導致激子解離活化能高、載流子壽命短，從而限制了光催化產氫的活性。
在國家自然科學基金委的支持下，化學所有機固體院重點實驗室林禹澤課題組近年來圍繞高效率有機光伏催化劑開展了系統研究，取得了系列成果(Angew. Chem. Int. Ed.?2022,?61,e202114234;J. Am. Chem. Soc.?2022,?144,12747-12755;Angew. Chem. Int. Ed.?2023,62,e202217989;Angew. Chem. Int. Ed.?2023,?62,?e202307466)。
近期，該課題組通過合理的氟取代策略，合成了具有電聲耦合弱和激發態離域程度高的有機光伏催化劑（2FBP-4F）。在模擬太陽光照射下，該催化劑表現出優異的光催化產氫活性，其產氫速率達到207.6~561.8 mmol g-1 h-1，近紅外區（@808 nm）外量子效率可達13.9%。由于氟原子的高電負性及其與硫原子、氫原子形成非共價相互作用，2FBP-4F表現出大的分子偶極矩和有序分子堆積，從而降低Huang-Rhys因子，減弱電聲耦合，增強激發態離域。光激發的2FBP-4F納米顆粒中可觀測到極化子，這在有機光伏材料中實屬罕見。極化子的產生促進了2FBP-4F單組分和異質結中光生載流子的形成，從而提高了其光催化產氫活性。
相關研究成果近日發表在Angew. Chem. Int. Ed.2024,e202402343。論文第一作者為博士后張珍珍，徐超穎為共同第一作者，通訊作者為林禹澤研究員和楊曄教授（廈門大學）。
激發態離域的有機光伏催化劑提高光催化制氫活性
有機固體院重點實驗室
