氢具有非常高的能量密度（120 MJ kg-1），被认为是解决当前化石燃料枯竭及其对气候产生负面影响的有效解决方案。光电化学（PEC）水分解是一种利用太阳能电解水制氢有前途的技术。近年来，合成新型有机材料，如聚噻吩、石墨氮化碳、共轭乙炔聚合物等被作为一类光电阴极材料。这些有机材料具有离域电子系统、更广泛的太阳光谱吸收（更窄的带隙）、带隙和能级位置的分子级可调性、简便的合成和低成本加工等优点。迄今为止，大多数报道的用于PEC HER的合成有机材料的光电阴极都是在中性或酸性条件下进行的，而只有少数在碱性介质中应用。高pH下的HER需要额外的能量来克服分解水（水解离步骤）和产生质子，导致催化活性通常比酸性介质低2~3倍。因此，开发在高pH值下工作的高效和稳定的光电阴极被认为是提高整体PEC水分解效率的有效途径。目前，开发具有水解离和析氢活性位点的共轭聚合物仍然是一个重大挑战。
图1. 铜泡沫上共轭乙炔聚合物（CAP）的合成和表征：a）在铜泡沫上使用铜介导的格拉泽缩聚法合成CAP的示意图；b）聚合物pDTT、pBDT和pDET的化学结构。蓝色星号代表水解离活性位点，而-C三C-是电催化活性位点；c）pDTT、pBDT和pDET的光学和电子特性。聚合物与 H2O/H2（析氢反应，HER）和O2/H2O（析氧反应，OER）氧化还原对的能带位置图。
德累斯顿工业大学的冯新亮教授、Inez M.Weidinger教授和南京师范大学化学与材料科学学院的孙瀚君教授合作在碱性介质中开发了一种具有高效的双活性位点的基于噻吩的共轭乙炔聚合物（CAPs）分别用于水解离和析氢。该聚合物在Cu泡沫基材上生长形成pDTT/Cu，在0.3 V（vsRHE），AM1.5G辐照下和在0.1 M KOH(pH 13)时表现出~170 µAcm-2的光电流密度。pDTT/Cu的性能超过了报道的无助催化剂聚噻吩，甚至有助催化剂在酸性/中性介质中游离无机材料的性能。
图2. pDTT的碱性介质中HER的机理。
参考文献：
Mino Borrelli, Christine Joy Querebillo, Dominik Lukas Pastoetter, Tao Wang, Alberto Milani, Carlo Casari, Hoang Khoa Ly, Fan He, Yang Hou, Christof Neumann, Andrey Turchanin, Hanjun Sun, Inez Weidinger, Xinliang Feng, Angew. Chem. Int. Ed., https://doi.org/10.1002/anie.202104469
