前沿动态：固态非共轭聚合物介导的串联电荷转移 促进光电催化水氧化

来源：今日新材料

原子级金属纳米团簇（NCs, <2nm）以其独特的原子堆积方式、量子限制效应和丰富的活性中心而被受关注。虽然已报道过金属NC-半导体光催化体系，但半导体主要局限于TiO2，而金属NCs是作为光敏剂来触发电子从金属NCs的LUMO传输到TiO2的导带（CB）。缺乏高效金属NC基光催化体系的主要原因：（1）缺乏与半导体具有合适能带结构的金属NCs；（2）金属NCs的光诱导载流子寿命短，使得在金属NCs上空间介导载流子困难；（3）金属NCs与半导体之间的界面电荷转移路径未能被精确调控以调节界面氧化还原动力学。事实上，金属纳米团簇涉及的界面电荷传输机制、载流子迁移动力学过程及金属纳米团簇和半导体在原子层面的相互作用方式等核心问题，尚不清楚。

传统共轭聚合物（例如聚苯胺、聚吡咯等）由于具有较理想的导电能力，已广泛应用于光催化和光伏领域，可作为界面电荷传输媒介。然而，共轭聚合物的合成通常需要较为繁琐且精细的实验条件，因而其种类相对较少，限制了聚合物基光系统的开发。

近日，福州大学徐艺军教授和肖方兴教授等人首次报道了通过常规的层层（LbL）自组装策略，在多层金属NC/金属氧化物（MO）异质结构上合理设计串联电荷传输链，揭示了固态非共轭聚合物的电荷传输能力。聚（二烯丙基二甲基氯化铵）（PDDA）和GSH封端的Aux NCs（Aux, Au25）交替集成在MO（WO3, TiO2和Fe2O3）基板上。组装单元之间的灵活集成模式赋予MO/(PDDA-Aux NC)n多层异质结构，在模拟太阳光和可见光照射下具有显着增强的光电化学（PEC）水氧化活性。通过精心设计的界面工程在多层光阳极中产生了远距离级联电子传输路径，其中重复的Aux NC（Aux, Au25）层用作光收集天线和光敏剂，而超薄的中间PDDA层则加速了串联电子从Aux NCs（Aux, Au25）到MOs的协同作用，从而显著提高PEC水氧化活性。此外，固态非导电PDDA额外的吸电子能力是普遍存在的。

文献链接：
Unexpected Boosted Solar Water Oxidation by Nonconjugated Polymer-Mediated Tandem Charge Transfer，J. Am. Chem. Soc.，2020

原文链接：
http://www.cailiaoniu.com/215113.html