揭示D-A聚合物光催化剂中的超快激子分离  

Unveiling ultrafast exciton separation in donor-acceptor polymer photocatalysts

作　　者：朱君江 张淑敏 赫荣安[2] Junjiang Zhu;Shumin Zhang;Rongan He(Hubei Key Laboratory of Biomass Fibers and Eco-dyeing&Finishing,College of Chemistry and Chemical Engineering,Wuhan Textile University,Wuhan 430200,Hubei,China;Hunan Key Laboratory of Applied Environmental Photocatalysis,Changsha University,Changsha 410022,Hunan,China)

机构地区：[1]武汉纺织大学化学与化工学院,生物质纤维与生态染整湖北省重点实验室,湖北武汉430200 [2]长沙学院应用环境光催化湖南省重点实验室,湖南长沙410022

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2024年第4期4-6,共3页催化学报（英文）

基　　金：国家自然科学基金(42277485);国家自然科学基金(52073034);湖北省科学技术厅(2021CFA034);湖北省教育厅(T2020011)。

摘　　要：近年来,具有给-受体结构的有机半导体聚合物在光催化领域中取得了显著的研究进展.研究主要集中在通过分子设计,采用自下而上的方法,合成具有不同分子结构的聚合物材料.研究人员深入考察了聚合物光催化性能与其自身性质(如能带结构、形貌、吸光能力等)之间的关系.尽管这些研究为光催化领域的发展提供了重要基础,但现有研究方法仍存在一些问题,如自下而上合成路线的规模化应用困难,以及性能与结构关系研究的普适性不足.因此,未来研究需要进一步探索和改进合成方法,以及深化对光催化性能与材料结构之间关系的理解.中国地质大学(武汉)的余家国教授、张留洋教授与美国肯特州立大学的Mietek Jaroniec教授合作,采用傅克烷基化反应合成了具有给体-给体结构的聚合物.随后,通过后合成修饰,实现了该聚合物到给体-受体结构的原位光诱导转化,并系统地研究了转变前后聚合物中激子的分离过程.实验结果表明,在光照条件下,初始聚合物knitting DBT(KDBT)的结构单元二苯并噻吩(DBT)会部分氧化为二苯并噻吩-S,S-二氧化物(DBTSO),进而形成新聚合物KDBT-A,并伴随偶极矩增加和ICT态形成.瞬态技术(时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱)表征结果表明,KDBT与KDBT-A中的激子都能发生解离,但KDBT-A中的激子解离速率要远快于KDBT.这表明ICT态的形成有效抑制了激子复合.因此,随着聚合物结构从给体-给体结构转变为给体-受体结构,其光催化活性得到了显著增强.综上,这种光诱导原位改变分子结构的方法不仅能促进给体-受体型聚合物光催化剂的发展,还为有机太阳能电池、有机发光二极管、传感器等多个领域的研究提供新策略.In this decade,semiconducting polymers continued to grow and flourish in photocatalysis due to their tunable molecular structure and bandgap[1-3].Among these,donor-acceptor(D-A)polymers have garnered particular attention[4-6].Typically,they are expected to show enhanced light absorption owing to their extended-conjugation length.More importantly,the large dipole moment between the donor and acceptor units can trigger push-pull intramolecular charge transfer,thus facilitating the separation of excitons(electron-hole pairs)and achieving higher photoactivity.

关 键 词：光催化 飞秒瞬态吸收 给体-受体 偶极矩 聚合物 

分 类 号：O643.36[理学—物理化学] O644.1[理学—化学]