冯新亮教授Advanced Materials：噻吩桥联供体-受体SP2-碳连接的2D共轭聚合物作为水还原光电阴极- 大数跨境

首页

冯新亮教授Advanced Materials：噻吩桥联供体-受体SP2-碳连接的2D共轭聚合物作为水还原光电阴极

科学材料站

2020-12-01

导读：该工作展示了第一个基于双噻吩桥联的D-A的2D CCP(2D CCP Th)，它可以用作光电阴极，实现卓越的光电化学水还原。

文章信息

噻吩桥联供体-受体SP2-碳连接的2D共轭聚合物作为水还原光电阴极

第一作者：Shunqi Xu

通讯作者：冯新亮*

单位：德国马普高分子研究所

研究背景

光电化学(PEC)分解水技术可以将太阳能转化为清洁、可储存的氢燃料，已经引起了人们对解决能源和环境问题的极大关注。PEC水分裂电池是一种创新的H2生产设备，由太阳能收集(半导体)和水电解(催化剂)装置组成。

原则上，半导体需要符合高效等离子体化学应用的几个要求，例如宽范围的光收集能力、有效的电荷转移、腐蚀稳定性和比质子(H+/H2)还原电位更高的最低未占据分子轨道(LUMO)能级。2D共价有机框架(2D COFs)，作为结晶的、层叠的、2D多孔聚合物，最近已经成为光催化和PEC应用的一类主要材料。

它们的能量带隙、前线轨道的位置和活性中心可以通过自下而上的有机合成方便地定制，具有丰富的构件、连接和拓扑结构。特别地，属于2D共轭聚合物类的2Dπ-共轭COFs，由于π-堆积柱而在PEC应用中显示出显著的优势和能促进电荷传输的面内π共轭。

文章简介

近日，德国马普高分子研究所冯新亮教授Advanced Materials (影响因子：27.398)上发表题为“Thiophene-Bridged Donor–Acceptor sp2-Carbon-Linked 2D Conjugated Polymers as Photocathodes for Water Reduction”的研究工作。

该工作合成了一种新的双噻吩桥供体-受体型2D sp2碳连接共轭聚合物(2D CCP)。受电子构件2，3，8，9，14，15-六(4-甲酰基苯基)双喹喔啉[2，3a:2′，3′-c]吩嗪(HATN-6CHO)和第一给电子连接体2，2′-([2，2′-二噻吩]-5，5′-二基)二乙腈(ThDAN)之间的Knoevenagel聚合提供了2D CCP-HANTHTDAn(2D CCP-Th)。与相应的联苯桥联2D CCP-HATN-BDAN (2D CCP-BD)相比，基于双噻吩的2D CCP-Th显示出宽的光收集范围(高达674 nm)、光能间隙(2.04 eV)和最高的能量占据分子轨道-最低的未占据分子轨道分布以促进电荷转移，这使得2D CCP-Th成为PEC水还原的有前途的候选物。

因此，与可逆氢电极相比，2D·CCP-思在0 V时的H2演化光电流密度高达≈7.9A·cm2，优于报道的2D共价有机框架和大多数氮化碳材料(0.09–6.0A·cm2)。密度泛函理论计算确定噻吩单元和乙烯键上的氰基取代基是H2演化的活性位点。

本文要点

要点一：该工作展示了第一个基于双噻吩桥联的D-A的2D CCP(2D CCP Th)，它可以用作光电阴极，实现卓越的光电化学水还原。

要点二：由于强有力的SP2-碳连接共轭和供体-受体结构，2D·CCP-思显示出高达674 nm的宽紫外-可见吸收，2.04 eV的窄光能隙和3.41 eV的高LUMO能级。

要点三：当用作减水光电阴极时，2D·CCP-思表现出极好的饱和光电流密度(0.3 V时为5.5A·cm2，0 V时为7.9A·cm2，相对于RHE)，可用作PEC器件中的光电极。

文章链接

Thiophene‐Bridged Donor–Acceptor sp2‐Carbon‐Linked 2D Conjugated Polymers as Photocathodes for Water Reduction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006274

通讯作者介绍

冯新亮教授。

2001年获得中国地质大学学士学位，2004年获得上海交通大学硕士学位，同年赴德国马普高分子研究所深造，2008年获博士学位。德国德累斯顿工业大学首席教授、在德国获得化学学科终身教职的华人第一人。2011年受聘于上海交通大学，现任上海交通大学化学化工学院教授。欧洲科学院院士。截至2017年，发表学术论文160篇，其中Nature, Nat. Mater.，Nat. Commun.，Angew. Chem. Int. Ed., Nano Letters, J. Am. Chem. Soc, Adv. Mater., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res等国际顶尖化学和材料学术杂志 (影响因子>10)上发表学术论文近80篇。近年来除承担马普协会每年固定科研项目，还主持或承担欧盟，德国以及企业界十多项重要研究课题，总数额达1000万欧元以上。

https://tu-dresden.de/mn/chemie/mc/mc2/die-professur/Inhaber?set_language=en