聚对苯二炔梯度同质结用于光电水还原

作为引人注目的光电氢析出反应(PEC HER)的活性电极材料,严重的光生电子和空穴复合制约了共轭聚合物在该领域的应用。为了提高载流子分离效率,构建半导体异质结和同质结一直科研人员研究的热点。作为一种特殊的同质结,具体连续带弯曲的聚合物梯度同质结的构建仍未见报道。

德累斯顿工业大学(TUD)冯新亮教授与西北工业大学(NPU)张健教授研究小组通过调控共聚物中两种单体的比例,在氟掺杂的氧化锡(FTO)电极表面成功构建了聚对苯二炔梯度同质结(pDEB G-homojunction)。该策略通过控制间苯三炔(TEB)和对苯二炔(DEB)的聚合比例,成功调节共聚物(pDEB1-x-TEBx, x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1)的能带位置。开路电位,电化学阻抗谱,荧光光谱和时间分辨荧光衰减测试表明这种具有连续带弯曲的pDEB G-homojunction具有更高的光生载流子分离/传输效率。因此,在0.1 M 硫酸钠电解液中,在0.3 V (相对于标准氢电极)的电位下,pDEB G-homojunction表现出55 mA cm-2的产氢光电流密度,分别为pDEB和传统pDEB同质结的2.9和1.7倍。

研究小组的孙瀚君博士(TUD)表示,该聚合物同质结的构建策略不仅可以用于开发高性能的光电极,也为光电水分解、二氧化碳还原、氮气还原和人工光合作用等太阳能-燃料能量转换研究提供了新思路。

该工作以通讯的形式发表于Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201900961)上。