與具有自發(fā)解離特性的無機及雜化半導體（Wannier型激子材料）相比，有機光伏半導體（Frenkel型激子材料）的相對介電常數(shù)較小（~3至4），電荷離域能力差，并且?guī)靵霾东@半徑大，這導致了其受限的激子解離和嚴重的載流子復合，限制了其在光電器件和光催化反應中的性能提升。盡管已有分子設(shè)計策略可以降低激子結(jié)合能，促進激子解離，但單組分有機半導體中較為嚴重的電荷復合仍然限制了載流子的有效提取和利用。
自旋依賴性是有機半導體中自由電荷復合的基本性質(zhì)之一，極化的光生電荷具有相同的自旋態(tài)，其復合受到抑制。除了外在磁場引起的自旋極化之外，分子內(nèi)引入手性結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生內(nèi)生自旋極化，是抑制電荷復合的潛在有效策略。
近日，中國科學院化學研究所的林禹澤課題組通過引入對映純的手性烷基側(cè)鏈，設(shè)計合成了手性半導體分子Y6-R和Y6-S，構(gòu)建了手性誘導自旋極化的光伏催化劑。
研究工作首先通過圓二色光譜、單晶結(jié)構(gòu)解析以及模擬計算等手段分析了分子結(jié)構(gòu)、堆積結(jié)構(gòu)與其手性特性之間的關(guān)系，證實手性烷基側(cè)鏈誘導了Y6-R和Y6-S分子傾斜手性堆積和近紅外區(qū)表觀手性。 進一步采用磁導電原子力顯微鏡、磁滯回線的表征闡明Y6-R和Y6-S具有自旋極化性質(zhì)，并通過綜合分析催化劑的穩(wěn)態(tài)光譜、瞬態(tài)光譜等性質(zhì)印證了Y6-R和Y6-S光催化劑中的電荷復合被有效抑制。 相對非手性的參照物Y6，手性誘導自旋極化特性的Y6-R和Y6-S光伏催化劑的光催化析氫速率提升了60-70%。該工作為抑制有機光伏材料中的載流子復合提供了一種有效策略。 論文信息 Highly-Active Chiral Organic Photovoltaic Catalysts with Suppressed Charge Recombination Yawen Li, Zhenzhen Zhang, Tengfei Li, Yuanxin Liang, Wenqin Si, Prof. Yuze Lin Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202307466
