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中國科學(xué)院化學(xué)研究所林禹澤課題組在激發(fā)態(tài)離域的有機(jī)光伏催化劑方面取得新進(jìn)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(fā)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(fā)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(zhuǎn)化為氫能的效率，從而滿足應(yīng)用需求。有機(jī)光伏材料具有結(jié)構(gòu)多樣、帶隙可調(diào)和吸收范圍廣的特點(diǎn)，因此成為極具吸引力的光催化劑。然而，有機(jī)光伏材料的強(qiáng)電聲耦合作用使光生激子和載流子局域化，導(dǎo)致激子解離活化能高、載流子壽命短，從而限制了光催化產(chǎn)氫的活性。
在國家自然科學(xué)基金委的支持下，化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室林禹澤課題組近年來圍繞高效率有機(jī)光伏催化劑開展了系統(tǒng)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(fā)態(tài)離域程度高的有機(jī)光伏催化劑（2FBP-4F）。在模擬太陽光照射下，該催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化產(chǎn)氫活性，其產(chǎn)氫速率達(dá)到207.6~561.8 mmol g-1 h-1，近紅外區(qū)（@808 nm）外量子效率可達(dá)13.9%。由于氟原子的高電負(fù)性及其與硫原子、氫原子形成非共價(jià)相互作用，2FBP-4F表現(xiàn)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(qiáng)激發(fā)態(tài)離域。光激發(fā)的2FBP-4F納米顆粒中可觀測到極化子，這在有機(jī)光伏材料中實(shí)屬罕見。極化子的產(chǎn)生促進(jìn)了2FBP-4F單組分和異質(zhì)結(jié)中光生載流子的形成，從而提高了其光催化產(chǎn)氫活性。
相關(guān)研究成果近日發(fā)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(xué)）。
激發(fā)態(tài)離域的有機(jī)光伏催化劑提高光催化制氫活性
有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
