Advanced Energy Materials:共轭聚合物纳米材料在太阳能水分解方面的研究进展

由于现代社会对化石燃料的过度使用,导致全球能源供应日益紧缺,环境问题不断恶化。因此,发展清洁的可再生能源成为当今国际能源研究的热点。众所周知,氢气是一种零污染的绿色能源,同时具有燃烧效率高、可再生等优点。以取之不竭的太阳能为能量供体,通过半导体光催化技术产生氢能获取氢气的有效手段,技术简单、成本低,具有广阔的发展前景。

近年来,共轭聚合物(conjugated polymer nanomaterials, CPNMs)凭借其光电性质易调控、合成方法简单、稳定性好等特点,成为太阳能水分解领域的热点材料。特别是,纳米尺度的聚合物能够缩短光生载流子传输到催化剂表面的时间,促进光生载流子的分离,同时能够减少光散射,以高效地利用太阳光。近日,新加坡国立大学刘斌教授与东华理工大学青年教师戴春辉博士合作,在国际能源顶级刊物《Advanced Energy Materials》(影响因子:25.245)上在线发表了题为“conjugated polymer nanomaterials for solar water splitting”的评述论文。该论文简要阐述了共轭聚合物材料光催化水分解的可能机理,介绍了不同类型共轭聚合物纳米材料的可控制备及其光催化产氢性能的提升策略,主要包含聚合物纳米片(polymer nanosheets),聚合物量子点(polymer dots),共轭聚电解质(conjugated polyelectrolytes),聚合物纳米复合材料(polymer nanocomposites)等。此外,该论文还汇总了共轭聚合物纳米光催化剂在水氧化和全分解水等领域的最新研究进展。最后,该论文讨论了聚合物纳米材料在太阳能水分解领域面临的挑战与机遇,并对该领域未来的发展方向进行了展望。

该论文立足于对共轭聚合物纳米材料的分子设计、材料合成、本征特性及光催化水分解过程的深刻理解,总结并深入分析了该领域的研究现状,并对未来的发展进行了多维度展望,以期为今后聚合物纳米光催化剂的设计开发提供重要思路。