近日，我校流体机械工程技术研究中心与化学化工学院绿色化学与化工技术创新团队合作的最新研究论文“Solar overall water-splitting by a spin-hybrid all-organic semiconductor”在《自然通讯》（Nature Communications）上在线发表。11474蒙特卡罗为第一完成单位，博士生林鑫雨为第一作者，我校袁寿其研究员、闫研教授与中国科学院化学所马万红教授为通讯作者。

利用太阳光催化全分解水制氢气是一种绿色可持续的太阳能转换策略。不同于无机半导体材料，利用低成本的全有机光催化材料全分解水制氢是极为困难的，其主要原因在于两点：一是基于Kasha规则的S₀→S₁激发过程中，传统有机光催化剂难以利用420 nm至1000 nm的全波段光子能量；二是常见的共价C-H-X表面在热力学和动力学上对析氢反应（HER）是惰性的。

研究工作将苝酰亚胺（Perylene diimide，PDI）转变为能够在模拟太阳光下全分解水的全有机光催化剂。通过将PDI自由基（:PDI^2-）和其醌式异构体（PDI^2-）自组装合成自由基全有机半导体催化剂，利用其内部相邻自由基分子的电子自旋耦合，可以诱导特殊的三重态聚变上转移过程，从而产生能够与水分子作用的S₁激发态。自组装形成的自由基-醌式杂化分子（:PDI^2-/PDI^2-）纳米带在光激发过程中能够通过自旋耦合产生较长寿命的三重态激子，使其在AM 1.5G模拟太阳光下将水分解为氢气和氧气，在450 nm~850 nm波长范围内的平均表观量子效率（AQY）为1.5%，太阳能氢能转换效率（STH）为0.0806%。该研究是首个不含金属的全有机光催化全分解水反应体系，这种全有机自旋杂化结构为设计一系列用于光催化、太阳能电池、传感器和发光材料的全新光响应有机半导体提供了新途径。

该研究成果得到了国家自然科学基金项目和动力工程及工程热物理江苏省优势学科的资助。（流体机械工程技术研究中心 化学化工学院）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49511-7