近日，化學與材料科學學院章翰堂副教授課題組在國際知名期刊《Journal of Materials Chemistry A》在線發(fā)表了題為“Molecular conformation: a key factor underlying the performances of heterojunction photocatalysts”的研究論文，我院碩士研究生梁婉玉為本文第一作者，章翰堂、張博聞為本文共同通訊作者，山東農(nóng)業(yè)大學為本論文第一完成單位。該工作入選了Journal of Materials Chemistry A 2024年度“Emerging Investigator”。

通過光催化將太陽能轉(zhuǎn)化為清潔的H2燃料，是社會可持續(xù)發(fā)展的一個極具前景的策略。近年來，有機半導體（OSCs）正在成為一種極具吸引力的光催化劑。然而，有機半導體的低介電常數(shù)表明光生激子的結(jié)合能很高，從而導致嚴重的電荷重組。有機異質(zhì)結(jié)可以促進電荷轉(zhuǎn)移過程。但高效的有機異質(zhì)結(jié)需要合理的能級排列，電荷轉(zhuǎn)移過程與分子結(jié)構(gòu)和分子間距離有直接相關。

本工作通過合理的分子設計，合成了兩種含有不同末端官能團但能級相似的銅卟啉（CuPy）衍生物。制備了氮化碳（CN）/銅卟啉范德華異質(zhì)結(jié)，并對其光催化氫氣進化（PHE）性能進行了表征。實驗和理論計算表明，除了由分子結(jié)構(gòu)決定的光電特性外，分子構(gòu)象（即平面度）通過調(diào)節(jié)分子間距離在電荷轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著同樣重要的作用。當分子間距離合理時，即使在能級排列未達到最佳的條件下，仍能發(fā)生有效的電荷轉(zhuǎn)移。此外，該研究發(fā)現(xiàn)即使在0.1 eV的能級差下，異質(zhì)結(jié)依然可以發(fā)生有效的電荷轉(zhuǎn)移。上述研究有助于加深對OSCs異質(zhì)結(jié)光催化劑的理解，為高效OSCs光催化劑的設計提供了新的思路。

該研究工作得到了國家自然科學基金項目和山東省自然科學基金課題的資助。

全文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4TA00159A

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