光催化在清洁能源生产、环境问题治理等领域展现出巨大潜力。光催化水分解技术可以有效地将水分解为氢气和氧气，实现太阳能的可持续转化。其中，水氧化反应是四电子转移过程，严重制约着光催化水分解的反应速率。因此，探索开发高效水分解产氧光催化剂具有重要意义。
清华大学朱永法教授课题组采用咪唑溶剂法合成了一种高结晶度的苝酰亚胺超分子光催化剂（PDI-NH）。该催化剂具有突破性的产氧速率（40.6 mmol g-1 h-1），表观量子产率为10.4 %。优异的性能归因于高结晶度构筑的内建电场，其可以有效地促进光生载流子的分离与迁移。
首先，采用咪唑溶剂法一步合成了高结晶PDI-NH超分子材料。固体核磁、高分辨透射电镜、X射线衍射等表征方法验证了PDI-NH材料具有准确的分子结构以及高结晶度。在咪唑溶剂中，PDI-NH分子通过π-π堆积、氢键等作用，自组装构筑高结晶结构。
高结晶PDI-NH具有突破性的水分解产氧性能，产氧速率40.6 mmol g-1 h-11，折合609.7 μmol h-1。同时，PDI-NH结构稳定，可以重复使用50 h以上，产氧性能不衰减。此外，PDI-NH的制备方法具有普适性。各种不同氨基前驱体合成的PDI-NH超分子均具有优异的光催化水氧化性能。
优异的光催化产氧性能归因于高结晶度构筑的内建电场，其可以有效地促进光生电荷的分离和迁移。相比于低结晶PDI-NH，高结晶PDI-NH具有降低的电化学阻抗，从而加速电荷分离。此外，高结晶PDI-NH的稳态荧光强度减弱，表明载流子复合过程被抑制。
这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是清华大学博士研究生盛毓强和李文璐，通讯作者为朱永法教授。
High Photocatalytic Oxygen Evolution via Strong Built-in Electric Field induced by High Crystallinity of Perylene Imide Supramolecule
Yuqiang Sheng#, Wenlu Li#, Liangliang Xu, and Yongfa Zhu*
Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202102354
清华大学化学系教授，国家自然科学基金委杰出青年基金获得者以及教育部跨世纪优秀人才资助计划获得者，Applied Catalysis B: Environmental杂志副主编。长期从事环境光催化、能源光催化以及光催化健康方面的研究。已在Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater、Nano Energy等国内外学术刊物上发表论文430余篇，高被引论文39篇；论文总引36000余次，H因子为105。2014-2021年Elsevier高被引学者（化学），2018-2021科睿唯安“全球高被引科学家”（化学）。
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