有机光敏剂及纳米化

【作者】 朱为宏；

【机构】 华东理工大学精细化工研究所；

【摘要】 有机光敏剂由于可见光吸收、能带位置可调节等优势近年来在光催化水分解领域引起了高度关注[1-3]。然而,有机半导体材料的低结晶度伴随着短激子扩散距离极大制约了其光催化活性的提升。在这个报告主要介绍两个方面的工作:共价有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)材料作为光催化产氢光敏剂具有诸多独特优势。我们针对光敏COF材料结晶度较低的瓶颈,首次基于动态化学提出了重构共价有机框架(Reconstructed Covalent organic frameworks, RC-COFs)的概念[4]。该重构COF表现出超高的结晶度和孔隙率,二氧化碳吸附容量突破了领域内的最高值。框架内分子高度有序的排列极大促进了激子的定向迁移,其载流子生成相比低结晶度、相同化学结构COF明显提升,光生电流提升2-3倍。同时,超大的比表面积也为光催化反应提供了更多的活性位点,RC-COF-1在可见光下的光催化产氢速率是直接聚合材料的四倍,达到27.98mmol h-1 g-1。该产氢活性也是目前COF光催化材料的最佳活性之一。重构COF材料还具有良好的催化稳定性和性能可重复性。另一方面,针对有机光敏剂激子扩散距离短的问题,创新性地使用瞬时纳米沉淀法(Flash Nanoprecipitation,FNP)制备了有机纳米光催化剂[5]。通过分子工程发展了亲水性可溶的共轭聚合物,并采用多通道的涡流混合器系统实现良溶剂与反溶剂的快速、可控混合,获得分散均匀、性状稳定的有机纳米光催化剂水溶液。该策略制备的有机纳米光催化剂的光催化产氢活性相比传统超声方法提高了70倍,在全光谱光照射下达到37.2 mmol h-1 g-1的峰值析氢速率。更多还原