光催化分解水制氫能夠將太陽能轉化為綠色、無汙染的氫能源。半導體材料是光催化制氫技術的核心，其需要具備較寬的吸收光譜、合適的能級等條件以滿足光催化制氫的要求。有機共軛聚合物具有結構明確、性能易調控等特點，近年來也被應用於光催化制氫並受到了廣泛的關注。水醇溶共軛聚合物是一類同時具備良好水/醇溶解性和半導體特性的有機光電材料，被廣泛應用於有機太陽電池、有機電致發光等領域。將水醇溶共軛聚合物應用於光催化制氫，不僅能夠實現共軛聚合物在水中良好的分散，擴大反應界面，還能增強共軛聚合物與助催化劑的界面接觸以及電子轉移，提高光催化制氫效率。近期，
華南理工大學黃飛教授課題組在水醇溶共軛聚合物的光催化制氫應用方面做出了一系列探索性工作，發現水醇溶共軛聚合物材料是研究有機半導體材料的光催化機理及其相關過程的一類非常理想的模型材料。近日，該課題組在前期研究的基礎上，進一步提出取代基調控共軛聚電解質光催化制氫性能的新策略。通過在共軛聚合物聚電解質（圖1）的主鏈引入不同取代基（-F、-CN），調控共軛聚合物的能級、吸收光譜、鏈間聚集特性，實現了光催化制氫性能的顯著提高。研究發現，與未引入取代基的聚電解質PFBr-Ph相比，PFBr-PhF和PFBr-PhCN表現出更高的光催化制氫能力。其中，PFBr-PhCN實現了38.3 µmol/h (15.3 mmol/g/h)的光催化制氫性能（圖2A），顯著高於PFBr-Ph的光催化制氫能力（3.0 µmol/h, 1.2 mmol/g/h）。
圖1. 水醇溶共軛聚電解質用於光催化制氫
不僅如此，CN取代的聚電解質PFBr-PhCN具有更強的鏈間聚集特性（圖2B），有利於鏈間電荷傳輸。PFBr-PhCN在水中能夠形成百納米級尺寸的聚集體（圖2C），這有利於為助催化劑負載及水還原反應提供較大的界面。研究還發現，CN取代能夠降低共軛聚電解質的激子結合能（圖2D），提高共軛聚合物激子生成效率。除此之外，CN取代能夠增強聚合物與助催化劑Pt間的相互作用，加快共軛聚合物到助催化劑的電荷轉移，提高光催化制氫效率。該研究為用於光催化體系的共軛聚合物的設計及性能提高提供了一種簡單、行之有效的思路。
圖2. (A)共軛聚電解質光催化分解水產氫效率；(B)共軛聚電解質的變溫吸收圖；(B)PFBr-PhCN的TEM圖；(D)共軛
