太陽能光解水制氫是一種潛在的“綠氫”制備方法，目前制氫效率較低制約了其發(fā)展。相比無機光催化劑，有機光伏催化劑（OPC）具有分子結(jié)構(gòu)易調(diào)、響應(yīng)光譜寬等優(yōu)勢，有望成為高效利用太陽能制氫的光催化劑。
高效負載零價鉑(Pt(0))等助催化劑可以促進OPC的光生電荷分離，提高光催化效率。然而，傳統(tǒng)OPC結(jié)構(gòu)中可σ配位的原子(如硫、氮等)與Pt相互作用弱，Pt(0)在OPC上的原位沉積受限，阻礙了析氫效率地提高。
近日，中國科學院化學研究所林禹澤研究員和白書明研究員合作，在OPC的稠核中心引入強配位羰基基團，設(shè)計合成了Y6CO催化劑，采用σ-π強配位錨定Pt(0)的策略，成功提高了Pt(0)的原位負載，實現(xiàn)了高效的光催化制氫。
作者通過X射線能譜和紅外光譜研究了OPC與Pt的相互作用。結(jié)果證明，相比于不具有強錨定基團的對比分子Y6，Y6CO能與Pt發(fā)生強相互作用并原位負載更多Pt(0)。在Pt光沉積動力學的研究中，作者發(fā)現(xiàn)Y6CO能更快速地將高價態(tài)Pt前驅(qū)體還原為Pt(0)。 同時，理論模擬計算表明Y6CO/Pt配合物在還原為Y6CO/Pt(0)前主要通過羰基氧(η1(O))進行配位，隨后Y6CO/Pt(0)形成具有更穩(wěn)定的σ-π配位構(gòu)象(η2(C,O))，這導致了Y6CO/Pt(0)具有更高的生成驅(qū)動力以及更強的吸附能，從而高效地還原Pt前驅(qū)體，并將其穩(wěn)定為零價態(tài)。 最終，具有σ-π錨的Y6CO單組份納米顆在光催化制氫中表現(xiàn)出高產(chǎn)氫速率，為Y6單組份體系的4倍以上。Y6CO與聚合物給體共混構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)納米顆粒，進一步提高產(chǎn)氫速率和外量子效率。該工作為提高太陽能光催化轉(zhuǎn)換氫能效率提供了一種新策略。 論文信息 Organic Photovoltaic Catalyst with σ-π Anchor for High-Performance Solar Hydrogen Evolution Yuanxin Liang, Tengfei Li, Yuhsuan Lee, Zhenzhen Zhang, Yawen Li, Wenqin Si, Zesheng Liu, Chuang Zhang, Yan Qiao, Shuming Bai*, and Yuze Lin* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202217989
