福州大學龍金林研究員在《德國應用化學》發表研究成果

　　最近，福州大學化學學院龍金林研究員與比利時魯汶大學Maarten教授合作設計了一種基于柔性共價有機框架（COFs）的新型金屬-絕緣體-半導體（MIS）光合成體系，在可見光照波段實現了高效的產氫活性。該體系由聚乙烯吡咯烷酮（PVP）覆蓋的Pt納米顆粒和親水性TP-COFs通過靜電自組裝方式制備，制備的Pt-PVP-COFs MIS納米結構在可見光輻射下，n型TP-COF半導體受光激發產生的熱π電子隧穿PVP絕緣層到達Pt 納米顆粒，從而將質子還原為H2。在這種柔性有機MIS結構光合成系統中，平均的H2釋放速率達到8.42 mmol h-1?g-1， TOF值為789.5 h-1。與肖特基型光催化劑對應物相比，采用靜電自組裝的MIS光合成系統在COF半導體和絕緣體之間形成垂直于COF半導體的靜電場，從而顯著地降低了激子的結合能，增強半導體的光激發和電荷分離速率，促進空穴氧化半反應并加速產氫半反應的進行。

　　為了充分展示TP-COF的MIS光體系獨特性，同時設計合成了BT-COF用作參考對比樣品，并通過PXRD、FTIR、NMR、XPS等表征方法證明了兩個COF半導體的晶態結構，并展示了這兩個COF材料在組成和結構及其膠體化學等方面的差異性。TP-COF懸浮液在水溶液中的Zeta電勢為-24.61 mV，而BT-COF的Zeta電勢為+7.12 mV。由于PVP-Pt NPs的Zeta電勢為 +31.45 mV，因此能與TP-COF靜電組裝，而與BT-COF組裝失敗，結果在光催化產氫活性方面表現出巨大的差異。TEM、熒光活性和光電流響應等測試結果也間接說明了，由TP-COF半導體組成而成的MIS結構人工光合成系統在氫燃料制造生產中的巨大潛力。

　　這項工作不僅為設計新型COF晶態有機半導體材料、設計構建高效人工光系統提供了概念指導，而且為發展有機半導體的π電子提取新策略和新方法提供了借鑒。該工作得到了國家自然科學基金(No. 21773031)，福建省自然科學基金(No. 2018J01686), 能源與環境光催化國家重點實驗室基金(SKLPEE-2017A01和SKLPEE-2017B02)等項目的資助。該研究結果發表在德國應用化學雜志上，文章的第一作者是福州大學化學學院16級碩士生明金濤和17級在讀碩士研究生劉愛同學。