事实证明，通过制造纳米颗粒来增加有机半导体光催化剂与电解质之间的界面面积，是提高光催化制氢活性的有效策略。然而，通过引入孔隙率来增加内部界面是否对活性有明显的益处，目前还不清楚。为了更好地指导未来的光催化剂设计，牛津大学（Oxford University）Benjamin J. Willner和Iain McCulloch课题组合成了一系列具有相同共轭骨架的固有孔高分子（PIMs），并以此为平台，通过使用由硅醚保护基团保护的亲水性醇分子，独立调节孔隙率和相对亲水性等变量。在抗坏血酸和光沉积Pt存在的情况下进行测试时，发现可润湿孔隙率与光催化活性之间存在很强的相关性，在控制其他变量的情况下，两种表面积几乎相同的聚合物中可润湿性更强的类似物的光催化活性要高出 7.3 倍。瞬态吸收光谱（TAS）研究表明，即使没有抗坏血酸或Pt的存在，其中两种多孔聚合物也能在 10 ps 内高效地产生本征电荷。加入抗坏血酸后，可检测到的空穴极化子立即被提取出来，这表明在多孔结构中电解质容易接触到的区域产生了活性电荷。这项研究将有机半导体光催化剂的设计导向更亲水的功能，以解决激子和电荷重组的瓶颈问题，并清楚地展示了可润湿多孔性作为设计原则的优势。
图1. 单体设计（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
图2. 聚合物分类（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
图3. 吸附等温线和BET表面积（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
图4. 水吸附等温线和BET表面积的比较（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
图5. 氢气生成、静态光散射粒径分布和表面加权平均粒径D[3,2]（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
图6. fs-ps瞬态吸收光谱学（TAS）（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
Benjamin J. Willner*, Catherine M. Aitchison, Filip Podjaski, Wanpeng Lu, Junfu Tian, James R. Durrant, Iain McCulloch*. Correlation between the Molecular Properties of Semiconducting Polymers of Intrinsic Microporosity and Their Photocatalytic Hydrogen Production, J. Am. Chem. Soc., 2024, https://doi.org/10.1021/jacs.4c08549.
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