摘要：近日，山西大学化学化工学院在光催化分解水制氢领域取得重要进展，相关研究成果以“Through-Space Electron Coupling in Nonaromatic Architectures Drives Solar Hydrogen Producti

近日，山西大学化学化工学院在光催化分解水制氢领域取得重要进展，相关研究成果以“Through-Space Electron Coupling in Nonaromatic Architectures Drives Solar Hydrogen Production”为题，发表于国际顶级期刊Advanced Materials上。

太阳能驱动光催化分解水制氢作为绿色可持续的制氢技术路径，其发展瓶颈核心在于光催化材料的设计创新与性能突破。长期以来，学界普遍认为有机半导体光催化材料的光吸收能力高度依赖于大π共轭结构，因此现有研究多聚焦于大π共轭体系的调控与优化，以期提升光催化性能。然而，该类策略存在显著局限：为实现宽光谱吸收，往往需通过复杂的合成方法拓展π共轭长度；同时，大π键固有的结构刚性不利于光生载流子的分离，导致能量转换效率难以显著提升。

本研究提出了一种全新的光催化材料设计策略：利用富氧有机材料中氧原子2p轨道的孤对电子所引发的空间共轭效应，构建出一类新型有机半导体光催化材料。以葡聚糖聚集体为模型体系，研究证实其三维结构中相邻氧原子的2p轨道能够有效重叠，诱导产生类半导体特性，形成独特的捕光中心。此外，C-O-H单元中显著的电负性差异诱导产生强烈的局域偶极极化，进而形成内建电场，极大促进了光生电子-空穴对的高效分离。基于上述协同机制，首次在葡聚糖聚集体中观测到光催化分解水制氢活性。值得强调的是，该氧介导的空间共轭机制展现出良好的普适性，在多种富氧非芳香结构有机分子及生物质衍生物中均实现高效光催化分解水制氢。

本研究突破了传统有机半导体光催化材料对大π共轭结构的依赖，重塑了有机半导体光催化材料的设计逻辑，为开发高效、低成本的光催化制氢系统开辟了新方向。

该论文第一作者为学校化学化工学院博士研究生裴昱，通讯作者为山西大学化学化工学院杨朋举教授、杨恒权教授及中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所宋文涛研究员。

该研究工作得到国家自然科学基金项目（22372094和22332002）的支持。（通讯员：张颖）

来源：高校圈的那些事儿