Nature Chemistry：光催化聚合物制氢

人工光化学合成是制备氢气从而满足可持续能源需求的有广泛前景的方法，有鉴于此，近日布里斯托大学Ian Manners等报道了一种将钴基催化剂组装到聚合物中，形成核-壳纤维结构催化剂，实现了可见光催化制氢。首尔大学Tae-Lim Choi等报道了对该工作评述和总结报道。

目前自组装HER催化剂体系通常面临着催化效率较低、量子产率较低、稳定性差等缺陷，布里斯托大学Ian Manners等发现，通过将Co催化剂、光敏剂组装到聚合物纤维结构中，构建了一种高催化性能、可回收的HER催化体系。

在λ＞420 nm可见光催化中，在含5 %水的甲醇中加入三乙醇胺牺牲剂，进行光催化制氢反应。分别制备了光敏剂/聚合物比例在1:1~500:1变化的聚合物光催化剂体系，发现光敏剂含量增加，催化剂的转化数提高，当光敏剂/催化剂的比例达到500:1，转化数达到7122，在1.34 μg光催化剂上实现了0.327 μmol h^-1的制氢效率（0.24 μmol h^-1 g^-1_cat），该结果比以往的聚合物基催化剂体系更高。在该体系中实现了~4.0 %的量子产率。

当保持催化剂、光敏剂的数量，自组装结构的长度和制氢效率有关。当纳米纤维的长度为180 nm，催化剂的制氢量子效率最高。当纳米纤维长度提高，催化剂的活性衰减，这是因为较大的微粒导致扩散速率降低，影响了反应物扩散到催化剂界面，而且更大的催化剂导致总表面积降低。

长时间工作结果显示，催化剂在300小时过程中保持稳定，总转化数达到60794，当反应后，回收催化剂的量达到98 %。在30次循环后，催化剂的性能能够保持84 %的初始效率。

通过以上结果，为设计和理解纳米纤维结构对应于制氢活性提供更深的理解。

参考文献：

Gregory I. Peterson, Sanghee Yang & Tae-Lim Choi*, Polymers producing hydrogen, Nature Chemistry, 12, 1093–1095(2020)

DOI: 10.1038/s41557-020-00582-1

https://www.nature.com/articles/s41557-020-00582-1

Jia Tian, Ian Manners* et. al. Tailored self-assembled photocatalytic nanofibres for visible-light-driven hydrogen production, Nature Chemistry, 12, 1150–1156(2020)

DOI: 10.1038/s41557-020-00580-3

https://www.nature.com/articles/s41557-020-00580-3