共晶盐调控D-A聚合物纳米片偶极矩与亲水性实现高效光催化H2 O2 生产

【编辑推荐】针对D-A聚合物光催化H2 O2 生产中电荷分离不足与质子传输效率低的问题，研究人员通过LiCl-KCl共晶盐调控合成三嗪-苯胺D-A聚合物纳米片（MTPLi-K ），保留-CONH-键并优化D/A比例，实现分子偶极矩（11.55 D）和亲水性（接触角46°）协同提升，最终获得2807 μmol g?1 h?1 的H2 O2 产率，为有机光催化剂设计提供新思路。

　　

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论文解读
过氧化氢（H₂
O₂
）作为绿色氧化剂和能源载体，传统工业生产依赖高能耗的蒽醌法，而光催化氧还原（ORR）为可持续发展提供了新路径。然而，供体-受体（D-A）聚合物虽具结构可调优势，却面临电荷复合快、ORR选择性低等瓶颈。尤其热聚合过程中，酰胺键（-CONH-）易断裂为氰基（-C≡N），破坏D-A结构。如何精准调控聚合物微观结构成为突破效率限制的关键。

阜阳师范大学团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表研究，创新性采用LiCl-KCl共晶盐热聚合三聚氰胺-均苯三酸超分子前驱体，成功制备三嗪-苯胺D-A聚合物纳米片（MTP_Li-K
）。共晶盐的“阻断效应”有效抑制-CONH-断裂，使三嗪/苯环比例提升至1.68，分子偶极矩达11.55 D，形成强局域内建电场；同时亲水性（水接触角46°）促进质子传输至活性位点。通过同步辐射X射线吸收谱和开尔文探针力显微镜证实，这种结构优化使O₂
吸附能提升2.3倍，ORR能垒降低，最终实现2807 μmol g^?1
h^?1
的H₂
O₂
产率，较对照组（MTP）提升4.5倍。

关键技术方法

1. 共晶盐模板法：LiCl-KCl熔盐环境调控超分子热聚合过程
2. 结构表征：同步辐射XANES（X射线吸收近边结构）分析电子结构
3. 性能测试：原位FTIR追踪ORR路径，开尔文探针测量表面电势

研究结果
Catalysts synthesis
通过溶剂热法合成三聚氰胺-均苯三酸超分子纳米棒（MT），在共晶盐保护下热聚合获得厚度<5 nm的MTP_Li-K
纳米片，比表面积达218 m²
/g。

Results and Discussion
共晶盐使-CONH-保留率提高37%，XPS显示N-C=O键含量增加；DFT计算证实不对称电荷分布增强偶极矩，促进激子解离（电荷分离效率提升2.8倍）。

Conclusion
该工作首次揭示共晶盐对D-A聚合物微观结构的双重调控机制：偶极矩优化驱动电荷分离，亲水性加速质子传递。这种“结构-性能”协同策略为设计高效有机光催化剂提供了普适性方案，尤其适用于需多质子参与的太阳能燃料合成领域。

意义与展望
研究不仅将D-A聚合物光催化H₂
O₂
产率推至新高度，更开创了熔盐化学调控有机半导体电子结构的新范式。未来可通过扩展共晶盐组合（如NaCl-CsCl）进一步优化D/A比例，或结合原子层沉积技术构建异质结，实现更高效太阳能转化。