引言: 光催化水分解水可以从可再生资源中产生可储存的燃料，而不会产生导致气候变化的副产品。人们已经研究了大量无机半导体，高分子共价聚合物作为光催化剂分解水，包括水的氧化和质子还原，分别可以得到氧气和氢气，近期，有关通过交叉偶联或缩合反应合成的共轭有机材料引起了越来越多科学家的关注，包括线性共轭聚合物、共价有机骨架（COFs），金属有机框架（MOFs）和基于三嗪骨架的碳氮材料。这些材料有很多都表现出良好的光催化性能，可以从水中制取氢气，而具有**光催化水氧化性能的催化剂相对较少。

 成果简介：福州大学王心晨教授相关团队与国外大学合作首次开发出一种线性共轭有机聚合物光催化剂，在负载钴作为助催化剂后，取得了**的光催化水氧化效果，为光催化材料的选择提供了新思路。相关成果以“Water oxidation with cobalt-loaded linear conjugated polymer photocatalysts”为题发表在国际期刊Angew上。（DOI:10.1002/anie.202008000）

图1：这里结合 DFT计算预测出以上十种聚合物都具有光催化水氧化的基本潜能，而其中大部分聚合物都是使用钯催化的二溴代芳烃与二硼酸/酸酯酯芳烃的Suzuki-Miyaura缩聚反应合成，结果显示， P10（二苯并[b，d]噻吩砜均聚物）是光沉积钴助催化剂后光催化水氧化性能比较好的材料，同等条件下，其水氧化速率远远超过大部分已报道的其他材料光催化剂。

图2：P10光催化性能好的原因分析及水氧化性能实验。

图a，通过理论计算来预测10种聚合物电离势，预测的电离势决定着光催化水氧化的驱动力大小，从图中来看，P10有着较大的电离势，因而其光催化水氧化的驱动力相对较大。图b，10种聚合物的固体紫外-可见光谱，用于比较光学带隙，发现P10具有相对较窄的光学带隙，对光的吸收也比较高，有利于光催化水分解。图c，所有聚合物光催化剂同等条件下的光催化产氧实验(300w氙灯光源，聚合物50mg，负载1 wt. %的钴，100ml水，0.01 M AgNO₃，200mg La₂O₃)，发现P10的光催化水氧化速率远远超过其他所有催化剂。

图3： P10负载1wt . %钴a)在水中和b）在0.01M 的AgNO₃的瞬态吸收光谱图（400 nm激发，150 nJ脉冲，5 kHz）。

这里通过瞬态吸收光谱探究P10的载流子动力学，发现在电子清除剂存在的情况下，激子会发生快速氧化猝灭，从而不会发生载流子的复合，提高光催化的效率。

图4：P10光催化剂在全光照和可见光照不同条件下的光催化产氧的时间曲线。(300w氙灯光源，聚合物50mg，负载1 wt. %的钴，100ml水，0.01 M AgNO₃，200mg La₂O₃) 对比发现，P10光催化剂在全光照下的水氧化效率明显更高，单独在可见光下的水氧化效率也比较高，说明其对可见光的利用率很不错，两条曲线随时间延长基本都在均匀上升，也说明该催化剂稳定性良好。

小结：本文首次开发出一种线性共轭有机聚合物光催化剂，在负载钴作为助催化剂后，取得了**的光催化水氧化效果，为光催化材料的选择提供了新思路，并且充分结合了理论计算，为寻找新型光催化材料提供了方便，也为全有机催化剂体系的整体水分解奠定了基础，可以从质子还原和水氧化两方面分开考虑。

文献链接：https://doi.org/10.1002/anie.202008000

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