新加坡国立|刘斌教授AEM评述: 共轭聚合物纳米材料在太阳能水分解方面的研究进展- 大数跨境

首页

新加坡国立|刘斌教授AEM评述: 共轭聚合物纳米材料在太阳能水分解方面的研究进展

科学材料站

2020-10-07

导读：本文分析总结了共轭聚合物纳米材料在太阳能水分解方面的研究进展，并对该领域的存在的挑战机遇及未来的发展方向进行了评述与展望。

文章链接

共轭聚合物纳米材料在太阳能水分解方面的研究进展

第一作者：戴春辉

通讯作者：刘斌*

单位：东华理工大学，新加坡国立大学, 天津大学-新加坡国立大学福州联合学院

研究背景

长期以来，全球能源消费过度依赖化石燃料，导致能源供应日益紧缺及环境问题不断恶化，因此发展清洁的可再生能源成为目前能源研究的热点。氢燃料具有燃烧效率高、可再生及燃烧产物零污染等优点，是极为理想的能量载体。利用太阳光驱动水分解产生氢能是转化并存储太阳能的有效手段，且技术简单、成本低，具有良好的发展前景。

共轭聚合物纳米材料具有良好的水分散性，同时具有光电性质易调控、合成方法简单及化学稳定性好等优点，在太阳能水分解领域备受关注。特别是，纳米尺度的聚合物能够缩短光生载流子传输到催化剂表面的时间，促进光生载流子的分离，同时能够减少光散射，以高效地利用太阳光，从而有利于光催化反应的进行。

文章简介

近日，新加坡国立大学刘斌教授联合东华理工大学青年教师戴春辉博士在国际能源顶级刊物《Advanced Energy Materials》在线发表了题为“conjugated polymer nanomaterials for solar water splitting”的评述文章.

论文的第一作者为戴春辉博士，通讯作者为刘斌教授。

文章分析总结了共轭聚合物纳米材料在太阳能水分解方面的研究进展，并对该领域的存在的挑战机遇及未来的发展方向进行了评述与展望。

图1. 共轭聚合物纳米材料用于太阳能水分解研究

本文要点

要点一： 共轭聚合物光催化水分解的可能机理

文章结合共轭聚合物半导体材料光激发过程及水分解的机制，简要阐述了聚合物光催化水分解的可能机理。主要过程包括激子的形成及扩散，随后产生自由电子及空穴参与水的氧化和还原反应等。在这个过程中，自由电子与空穴的复合被认为是影响聚合物光催化效率的重要因素之一。

要点二：不同类型共轭聚合物纳米材料光催化产氢

该部分介绍了不同类型共轭聚合物纳米材料的可控制备及其光催化产氢性能的提升策略，主要包含聚合物纳米片（polymer nanosheets），聚合物量子点（polymer dots），共轭聚电解质（conjugated polyelectrolytes），聚合物纳米复合材料（polymer nanocomposites）及一维聚合物纳米材料等。

要点三：共轭聚合物纳米材料光催化水氧化或全解水

除了光催化产氢，共轭聚合物纳米材料在光催化水氧化及全解水方面也开始受到研究人员的重视。但水的氧化过程涉及四电子转移过程，且反应需要很高的活化能，因而开发有效的光催化剂仍面临较大的挑战。目前仅有几例聚合物纳米片被报道能够实现光催化水氧化或水的全分解。

要点四：前景与挑战

近年来，共轭聚合物纳米材料在太阳能水分解领域得到了快速的发展，但仍存在很多挑战亟待解决。聚合物的光催化效率还有待进一步提高，确切的光催化机理也需要进一步探索，更多原位表征手段，如超快光谱技术（瞬态吸收光谱和光致吸收光谱等），能够用于直接监测在光催化反应过程中激子产生动力学，将有助于揭示聚合物太阳能水分解的内在机制。

展望未来，作者相信，通过合理的分子结构修饰和复合体系构筑，改善聚合物的光物理特性如光吸收、能级带隙及光生载流子传输与分离等，聚合物纳米材料的光催化性能及稳定性将进一步显著提高。

此外，最新研究表明，纳米聚合物光催化水分解所产生的氢气或氧气能够有效抑制癌细胞的存活。因此，聚合物纳米光催化技术有望将来在癌症诊疗研究中发挥重要作用，比如实现多模态成像和H2/O2辅助的协同癌症治疗。

文章链接

Conjugated polymer nanomaterials for solar water splitting

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202002474

通讯作者介绍

刘斌教授，2001年获新加坡国立大学化学博士学位

随后在加州大学圣塔芭芭拉分校Guillermo C. Bazan课题组从事博士后研究工作。2005年加入新加坡国立大学化学与生物分子工程系，现为新加坡国立大学副校长，新加坡工程院院士，ACS Materials Letters, Advanced Materials, Advanced Functional Materials 等国际著名材料期刊的执行主编、副主编及编委。长期从事有机功能材料的设计开发及其在生物、能源等领域的应用研究。目前以通讯作者身份在Nature Materials, J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., 等学术刊物上发表200多篇研究论文，H因子94。

第一作者介绍

戴春辉博士

2016年6月于南京大学获得有机化学专业博士学位，同年9 月进入新加坡国立大学刘斌教授课题组从事博士后研究。直至2019年，受聘于东华理工大学江西省质谱科学与仪器重点实验室，任讲师。长期致力于共轭聚合物光催化材料的设计开发。目前以第一作者身份在Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials、Small及Green Chemistry等国际知名期刊上发表论文十余篇。