全聚合物有机光伏异质结纳米颗粒增强光催化析氢速率与稳定性研究

为解决有机光伏纳米颗粒(OPV-NPs)在光催化析氢反应(HER)中长期稳定性不足的问题，研究人员首次采用全聚合物策略构建PM6:ZC-1异质结OPV-NPs。该体系展现出145.1 mmol g?1 h?1的优异析氢速率，较传统小分子体系提升22倍，并在32小时循环测试中保持97%的初始活性，为开发高效稳定光催化剂提供了新范式。

　　

随着全球能源危机与环境问题日益严峻，光催化析氢技术被视为最具潜力的绿色解决方案。传统无机光敏材料虽已取得进展，却受限于光响应范围窄、能带难以调控等瓶颈。相比之下，有机光敏剂凭借分子结构可裁剪性、宽光谱吸收（尤其是近红外区）等优势崭露头角，但其固有的激子寿命短、扩散距离有限、高激子结合能等问题始终制约着实际应用。更棘手的是，有机材料中松散的分子堆积（仅依靠范德华力或氢键维系）易导致光/热条件下结构崩塌，这使得开发兼具高效率与长寿命的有机光催化体系成为领域内"卡脖子"难题。

针对这一挑战，天津理工大学（根据基金项目推断）的研究团队创新性地提出全聚合物策略，通过将聚合物给体PM6与聚合物受体ZC-1共组装构建异质结纳米颗粒(OPV-NPs)。研究发现，相较于传统小分子受体CH-1，ZC-1具有更低的激子结合能（exciton binding energy）和重组能（reorganization energy），更优的给受体互穿网络，以及更高效的电荷转移效率。相关成果发表于《Journal of Energy Chemistry》，为破解有机光催化稳定性困境提供了突破性方案。

研究团队主要采用微型乳化法制备OPV-NPs，结合瞬态吸收光谱（transient absorption spectroscopy）分析激子动力学，通过循环伏安法(CV)测定能级结构，并系统考察了纳米颗粒的形态稳定性与光催化性能。

分子合成与理化性质
通过对比ZC-1与CH-1的分子特性，发现聚合物受体具有更高的玻璃化转变温度（glass transition temperature）和更有序的分子堆积，这有效抑制了光热条件下的分子扩散。电化学测试显示ZC-1的LUMO/HOMO能级上移，但与PM6仍形成1.82 eV的理想能级匹配。

光催化性能与稳定性
在AM 1.5G模拟太阳光下，PM6:ZC-1 OPV-NPs实现145.1 mmol g^?1 h^?1的析氢速率(HER)，较PM6:CH-1体系提升22倍。更引人注目的是，在32小时连续测试中，全聚合物体系保持97%初始活性，而小分子体系仅剩30%。这种显著差异源于聚合物链的缠结效应大幅抑制了纳米颗粒内部的分子迁移。

结论与展望
该研究首次证实全聚合物策略可同步提升OPV-NPs的光催化活性和运行稳定性。通过分子设计调控纳米尺度形态稳定性，不仅解决了有机材料固有的结构松弛问题，还为开发新一代耐候性光催化剂开辟了道路。Yaxiao Guo等人指出，该策略可进一步拓展至其他有机光催化体系，对推动氢能产业化具有重要指导意义。研究获得国家自然科学基金（22204119等）和天津市科技计划项目支持，相关测试得到南开大学Guankui Long教授团队的协助。