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  太陽能和水是地球上最豐富的資源，利用太陽能將水分解產生氫氣（H2）和氧氣（O2）是生產清潔可儲存化學燃料的有效途徑之一。發展高效光催化劑能夠充分利用太陽光實現水分解反應，一直是清潔能源研究的熱點。有機高分子材料具有分子、電子結構可控的特點，并且制備成本較低，是替代傳統高成本無機光催化材料的理想催化劑。然而，發展能夠在可見光（> 400 nm）下進行有效純水分解的有機高分子光催化劑仍然是一個巨大的挑戰。

  最近，來自中國科學技術大學徐航勛以及武曉君的研究團隊在Advanced Materials上報道了一種能夠在可見光下實現純水分解共軛有機高分子納米片催化劑。研究人員將1,3,5-三(4-乙炔苯基)苯 （TEPB）和1,3,5-三乙炔苯 (TEB）通過簡單的Glaser coupling反應聚合得到具有超薄片層形貌的高分子納米片。所制備的PTEPB以及PTEB的能帶結構符合全水分解的電勢范圍，并且超薄二維片狀結構使得光生電子和空穴能夠快速分離并到達聚合物表面發生還原以及氧化反應。這些特征使得PTEPB以及PTEB能在可見光照射下分解純水（即不含通常所需的犧牲劑和助催化劑）產生H2和O2，從而實現將太陽能轉換成氫能燃料。

  上述材料使用全光譜測量的太陽能到氫氣的轉換效率最高可達0.6 ％，大大超過了植物通過光合作用將太陽能轉化為生物質的效率 （全球平均值?0.10 ％）。這也是含有1,3-二炔基團的共軛高分子材料應用于光催化方面的首次報道。

圖1.超薄層狀高分子納米片PTEPB和PTEB的制備示意圖以及TEM照片。

  在可見光（> 420 nm）照射下，使用PTEPB和PTEB在純水中的產氫速率分別為218和102 umol h-1 g-1，并且所產生的H2和O2摩爾量比值非常接近于水全分解時的化學計量比。在經過48小時的循環試驗后，PTEPB和PTEB均保持較好的催化穩定性。同時，第一性原理計算結果表明，PTEPB和PTEB進行全光解水熱力學上是可以發生的，并且兩者所含有1,3-二炔基團結構中的碳原子為全光解水反應提供了活性位點，證實了1,3-二炔基團在調控催化劑電子結構和提供水分解反應的活性位點方面至關重要。

圖2. PTEPB和PTEB在可見光下分解純水產生H2和O2時間-產量曲線。

  這項工作在發展共軛高分子材料利用太陽光光解水產氫領域取得了重大的突破，同時也為今后設計和合成能夠利用太陽光實現純水分解的有機高分子光催化劑提供了新的思路和見解。

  該工作得到了科技部973計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中國科學院前沿科學重點研究項目等資金支持。

  論文題目為：Conjugated Microporous Polymer Nanosheets for Overall Water Splitting Using Visible Light

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702428/epdf