面对越来越严重的环境污染和能源危机，太阳能光催化分解水制氢技术，将丰富的太阳能转化为洁净的氢能，无疑是最有前景的解决方法之一。有机聚合物半导体凭借其合成方法多样，构建单元丰富，电子结构可调等优势，近年在光催化制氢领域引发了极大的关注。然而，高效有机共轭单体的匮乏是目前制约有机聚合物半导体光催化进一步发展的主要因素之一，因而迫切需要开发更加高效的聚合物光催化剂单体。3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）作为一个电子供体单元，已被广泛应用于有机光电领域，而在光催化制氢方面却鲜有报道。

江西理工大学刘诗咏教授课题组通过分子设计工程的策略，采用原子经济性的 C-H 键直接芳基化反应（DArP），合成得到 4 种基于 EDOT 的新型共轭聚合物，用于光催化裂解水制氢。该成果近期以 EDOT-based conjugated polymers accessed via C–H direct arylation for efficient photocatalytic hydrogen production 为题发表于 Chemical Science。

如图 1（左）所示，从分子设计工程的角度而言， EDOT 具有 C–H 直接芳基化反应的高度区域选择性、p-π 共轭效应增强的供电子能力以及极性 3,4-乙烯二氧对水润湿性的改善等突出优势，本研究利用 C–H 键直接芳基化聚合反应（Direct arylation polymerization, DArP）合成了四种 EDOT 类共轭聚合物（图 1 右）。

光催化产氢实验表明（图 2），无需额外添加任何贵金属助催化剂，具有 D-A 结构的 BSO₂-EDOT 聚合物表现出极佳的产氢性能，可见光区的产氢速率即高达 0.95 mmol h^-1（6 mg），归一化速率达158.4 mmol h^-1 g^-1，450~550 nm 波长的可见光区 AQY 值达 11.0~13.6 %。排水法试验进一步直观地证实，3 mg BSO₂-EDOT 催化剂在 3 小时内即可产生 100 mL 氢气（见原文 Supplementary video 2）。

研究表明，极性 BSO₂ 单体与亲水性 EDOT 单体的结合可有效提高聚合物材料的水润湿性（图 3）、O–C p-π 共轭提高给电子能力、D-A 推拉电子效应有效提高了电荷转移及激子分离、宽泛的光捕获能力以及在 H₂O/NMP 混合溶剂中具有的纳米胶体特性，使 BSO₂-EDOT 成功发展为最高效的共轭聚合物半导体产氢光催化剂之一。

• EDOT-based conjugated polymers accessed via C–H direct arylation for efficient photocatalytic hydrogen production
  Zhi-Rong Tan（谭志荣，江西理工大学）, Yu-Qin Xing, Jing-Zhao Cheng, Guang Zhang, Zhao-Qi Shen, Yu-Jie Zhang, Guangfu Liao, Long Chen and Shi-Yong Liu*（刘诗咏，江西理工大学）
  Chem. Sci., 2022., 13, 1725-1733
  http://doi.org/10.1039/D1SC05784G

  

  
  

谭志荣

江西理工大学

江西理工大学 2019 级硕士研究生,本文第一作者。

刘诗咏 教授

江西理工大学

博士生导师，江西省首批“双千计划”青年千人项目入选者，江西理工大学青年清江拔尖人才。主要从事 π-共轭有机光电功能材料的绿色合成及其新能源应用。主持国家级项目3项（含面上项目），以第一完成人获江西省自然科学二等奖一项。获 CSC 全额资助，赴美国华盛顿大学访学一年。以第一或通讯作者在 Chem. Sci., Adv. Sci., J. Mater. Chem. A (6篇), Macromolecules, ACS Appl. Mater. Interfaces, Org. Chem. Front., Polym. Chem. 等期刊发表 SCI 论文 40 余篇，其中 4 篇论文被遴选为 Advanced Science, J. Mater. Chem. A（2 篇）及 Polym. Chem. 期刊封面，2 篇论文入选 ESI 高被引论文，2 篇论文被著名期刊 Synfacts 予以亮点报道，1 篇论文被 Materials Views 予以亮点报道。