侧链工程调控苯并双噻唑基线性共轭聚合物亲水性以提升光催化析氢性能

针对共轭聚合物光催化剂存在的电荷复合快、界面反应弱等问题，研究人员通过设计具有匹配光吸收和形貌的苯并双噻唑基聚合物（B-PBT与O-PBT），系统研究了亲水性侧链工程对光催化析氢的调控作用。结果表明，含寡聚乙二醇侧链的O-PBT因亲水性增强使析氢速率提升7倍，为有机光催化剂界面优化提供了新策略。

　　

太阳能驱动的光催化水分解制氢是解决能源危机的理想途径，但传统无机半导体材料存在可见光吸收范围窄的瓶颈。共轭聚合物因其可调的电子结构成为研究热点，然而这类材料普遍面临电荷复合快、激子扩散距离短以及与水体界面接触差等挑战。尽管侧链工程被证明能通过多维度优化提升性能，但亲水性、光吸收和形貌等因素往往相互耦合，难以厘清单一变量的作用机制。

为解决这一难题，河北某高校的研究团队设计了一对结构同源的苯并双噻唑基线性共轭聚合物——含丁基侧链的B-PBT和含寡聚乙二醇(OEG)侧链的O-PBT。通过精确调控使两者具有几乎相同的光吸收范围和片状形貌，从而将亲水性效应从其他变量中剥离。研究发现，O-PBT的接触角（34.0°）显著低于B-PBT（59.5°），表明OEG侧链有效增强了材料亲水性。更重要的是，O-PBT在可见光下的析氢速率达到B-PBT的7倍，光电化学分析进一步揭示其电荷复合被抑制、电荷转移电阻降低。该成果发表于《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》，首次明确证实了亲水性侧链独立于光捕获和形貌因素对光催化的促进作用。

关键技术方法
研究采用缩合反应合成聚合物，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固态¹³
C核磁共振(NMR)验证结构；紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表征光吸收性能；接触角测试量化亲水性；光电化学测试包括瞬态光电流响应和电化学阻抗谱(EIS)分析电荷行为；光催化析氢实验在可见光照射下进行。

研究结果

1. 结构表征：FTIR谱图中1640 cm^-1
   处的C=N伸缩振动峰证实了噻唑环的形成，固态NMR显示两种聚合物具有相同的共轭骨架。
2. 形貌与光物理性质：扫描电镜(SEM)显示两者均呈现片状结构，UV-Vis吸收边均为650 nm，排除光谱利用率和形貌差异对性能的影响。
3. 界面与电荷动力学：O-PBT的接触角降低26.5°，瞬态荧光衰减寿命延长1.8倍，EIS显示电荷转移电阻减少47%，证实亲水侧链同时优化了界面反应和电荷传输。

结论与意义
该研究通过精准的分子设计，首次将亲水性效应从光吸收和形貌因素中解耦，证明OEG侧链可通过三重机制提升性能：增强水体亲和力、抑制电荷复合、降低界面能垒。这一发现为开发高效有机光催化剂提供了明确的侧链工程指导原则，推动太阳能-氢能转化技术向实用化迈进。