近日，我校流體機械工程技術研究中心與化學化工學院綠色化學與化工技術創新團隊合作的最新研究論文“Solar overall water-splitting by a spin-hybrid all-organic semiconductor”在《自然通訊》（Nature Communications）上在線發表。江蘇大學為第一完成單位，博士生林鑫雨為第一作者，我校袁壽其研究員、閆研教授與中國科學院化學所馬萬紅教授為通訊作者。
利用太陽光催化全分解水制氫氣是一種綠色可持續的太陽能轉換策略。不同于無機半導體材料，利用低成本的全有機光催化材料全分解水制氫是極為困難的，其主要原因在于兩點：一是基于Kasha規則的S0→S1激發過程中，傳統有機光催化劑難以利用420 nm至1000 nm的全波段光子能量；二是常見的共價C-H-X表面在熱力學和動力學上對析氫反應（HER）是惰性的。
研究工作將苝酰亞胺（Perylene diimide，PDI）轉變為能夠在模擬太陽光下全分解水的全有機光催化劑。通過將PDI自由基（:PDI2-）和其醌式異構體（PDI2-）自組裝合成自由基全有機半導體催化劑，利用其內部相鄰自由基分子的電子自旋耦合，可以誘導特殊的三重態聚變上轉移過程，從而產生能夠與水分子作用的S1激發態。自組裝形成的自由基-醌式雜化分子（:PDI2-/PDI2-）納米帶在光激發過程中能夠通過自旋耦合產生較長壽命的三重態激子，使其在AM 1.5G模擬太陽光下將水分解為氫氣和氧氣，在450 nm~850 nm波長范圍內的平均表觀量子效率（AQY）為1.5%，太陽能氫能轉換效率（STH）為0.0806%。該研究是首個不含金屬的全有機光催化全分解水反應體系，這種全有機自旋雜化結構為設計一系列用于光催化、太陽能電池、傳感器和發光材料的全新光響應有機半導體提供了新途徑。
該研究成果得到了國家自然科學基金項目和動力工程及工程熱物理江蘇省優勢學科的資助。（流體機械工程技術研究中心 化學化工學院）
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49511-7
