與具有自發(fā)解離特性的無機(jī)及雜化半導(dǎo)體（Wannier型激子材料）相比，有機(jī)光伏半導(dǎo)體（Frenkel型激子材料）的相對介電常數(shù)較?。▇3至4），電荷離域能力差，并且?guī)靵霾东@半徑大，這導(dǎo)致了其受限的激子解離和嚴(yán)重的載流子復(fù)合，限制了其在光電器件和光催化反應(yīng)中的性能提升。盡管已有分子設(shè)計(jì)策略可以降低激子結(jié)合能，促進(jìn)激子解離，但單組分有機(jī)半導(dǎo)體中較為嚴(yán)重的電荷復(fù)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(jī)半導(dǎo)體中自由電荷復(fù)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(fù)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(fù)合的潛在有效策略。
近日，中國科學(xué)院化學(xué)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(jì)合成了手性半導(dǎo)體分子Y6-R和Y6-S，構(gòu)建了手性誘導(dǎo)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(jì)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(shí)手性烷基側(cè)鏈誘導(dǎo)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(jìn)一步采用磁導(dǎo)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(fù)合被有效抑制。 相對非手性的參照物Y6，手性誘導(dǎo)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(jī)光伏材料中的載流子復(fù)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
