引言: 光催化水分解水可以從可再生資源中產生可儲存的燃料，而不會產生導致氣候變化的副產品。人們已經研究了大量無機半導體，高分子共價聚合物作為光催化劑分解水，包括水的氧化和質子還原，分別可以得到氧氣和氫氣，近期，有關通過交叉偶聯或縮合反應合成的共軛有機材料引起了越來越多科學家的關注，包括線性共軛聚合物、共價有機骨架（COFs），金屬有機框架（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較少。

 成果簡介：福州大學王心晨教授相關團隊與國外大學合作首次開發出一種線性共軛有機聚合物光催化劑，在負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。相關成果以“Water oxidation with cobalt-loaded linear conjugated polymer photocatalysts”為題發表在國際期刊Angew上。（DOI:10.1002/anie.202008000）

圖1：這里結合 DFT計算預測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縮聚反應合成，結果顯示， 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，其水氧化速率遠遠超過大部分已報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驗。

圖a，通過理論計算來預測10種聚合物電離勢，預測的電離勢決定著光催化水氧化的驅動力大小，從圖中來看，P10有著較大的電離勢，因而其光催化水氧化的驅動力相對較大。圖b，10種聚合物的固體紫外-可見光譜，用于比較光學帶隙，發現P10具有相對較窄的光學帶隙，對光的吸收也比較高，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氧實驗(300w氙燈光源，聚合物50mg，負載1 wt. %的鈷，100ml水，0.01 M AgNO₃，200mg La₂O₃)，發現P10的光催化水氧化速率遠遠超過其他所有催化劑。

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

這里通過瞬態吸收光譜探究P10的載流子動力學，發現在電子清除劑存在的情況下，激子會發生快速氧化猝滅，從而不會發生載流子的復合，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氧的時間曲線。(300w氙燈光源，聚合物50mg，負載1 wt. %的鈷，100ml水，0.01 M AgNO₃，200mg La₂O₃) 對比發現，P10光催化劑在全光照下的水氧化效率明顯更高，單獨在可見光下的水氧化效率也比較高，說明其對可見光的利用率很不錯，兩條曲線隨時間延長基本都在均勻上升，也說明該催化劑穩定性良好。

小結：本文首次開發出一種線性共軛有機聚合物光催化劑，在負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，并且充分結合了理論計算，為尋找新型光催化材料提供了方便，也為全有機催化劑體系的整體水分解奠定了基礎，可以從質子還原和水氧化兩方面分開考慮。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202008000

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