瑞典乌普萨拉大学的研究人员在一篇文章中提出一种低成本，环保的有机聚合物纳米材料可作为生成氢气的光催化剂，并提出了光催化反应的工作机理。

    研发出催化水转化成光驱氢反应的光催化剂是转换和储存太阳能的理想方式。光催化剂是指在光子的激发下，能够起到催化作用的化学物质的统称。光催化是在一定波长光照条件下，使半导体材料发生光生载流子的分离，然后光生电子和空穴再与离子或分子结合成具有氧化性或还原性的活性自由基，这种活性自由基能够将有机大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水，在反应过程中这种半导体材料，也就是光催化剂本身不发生变化。由于光吸收能力有限、成本高和在无机催化剂中具有潜在的金属污染物，科学家们开始寻找有机替代品。乌普萨拉研究人员研究了有机聚合物作为光催化剂（光驱催化剂）。所有现有有机光催化剂的瓶颈是它们的疏水性（水不溶性的），疏水性分子偏向于非极性，使得质子难以渗透到材料的孔内并与反应性位点相互作用。因此，基于这些材料的光催化性能仍然落后于传统的金属基无机光催化剂。科学家们必须在反应器中加入大量有机溶剂，以便有机聚合光催化剂具有良好的分配性。

    使用所谓的纳米级沉淀法将有机聚合物光催化剂制备成小型纳米级粒子，可以使有机光催化剂很好地分散在水溶液中。“在亲水共聚物的帮助下（亲水共聚物指富含极性Y水基团的有机聚合物，包括淀粉、蛋白质、聚丙烯胺等合成高分子），我们能够在小型纳米级粒子光催化剂内部提供质子通道，以模拟天然光合作用系统，从而大大提高氢气的性能。”？ngstr?m实验室化学系的Haining Tian说。 他的研究小组去年发表了概念验证的实验证明（Angew.Chem.Int.Ed，2016,55（40），12306）。为了进一步了解该系统并进一步完善该系统，Haining Tian与研究部门的同事？ngstr?m，实验室研究员C. Moyses Araujo共同领导完成了关于小型纳米级粒子光催化剂和光催化作用机理中的反应位点的研究实验。

    通过调整聚合物的结构和分析比较不同的光催化机理，研究人员可以大致找到位于电子受体单元上的反应位点，并得出结论，认为杂原子在光催化反应中起关键作用。Haining Tian说：“难以通过实验获得关于哪个杂原子？或小号是电子受体单元中的反应性位点的准确信息”。在基于第一原理理论的计算研究的帮助下，科学家们最终把目标放在Pdots光催化剂（N原子）中的真实反应位点上，并且还得出结论，独特的Pdots结构有利于质子的还原反应。Pdot光催化剂中的两个聚合物之间形成的氢键明显降低了质子还原反应的能量势垒，Pdot确实是一种理想的光催化剂，C. Moyses Araujo说。

    在这项工作的基础上，科学家现在正在通过合理调整光驱氢生成的聚合物结构来瞄准更有效和稳定的Pdots催化剂。

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责任编辑：殷鹏飞

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