维度网讯，一个由美国、韩国和英国科学家组成的国际研究团队在《Materials Horizons》上发表研究，展示了通过智能分子设计实现更高效的太阳能驱动制氢。该团队基于噻吩吡啶并苯并二噻吩（TPBDT）框架重新设计有机光催化剂的分子架构，其中TPBDT-INCNO1分子的激子寿命达到1.66纳秒，所得光催化剂的析氢速率达到102.5 mmol h⁻¹ g⁻¹。

氢能在低碳能源系统中可发挥核心作用，包括为重工业提供动力、存储可再生能源以及实现更清洁的燃料。但目前大部分氢气仍由化石燃料生产，产生大量碳排放。有机光催化的一个关键挑战是激子的行为，即光吸收时产生的束缚电子-空穴对在许多有机材料中会在分离前复合，限制了太阳能转化为燃料的效率。

研究团队将刚性π共轭主链与定制电子结构相结合，帮助激子传播更远、存活更久。TPBDT-INCNO1的激子寿命为1.66纳秒，对于这类材料而言异常长，允许激子在复合前扩散穿过纳米颗粒并到达催化表面。分子设计还引入了一个环状亚胺基团，该基团与铂助催化剂牢固结合，在反应过程中实现更均匀的催化剂沉积和更快的电荷转移。

这些特性共同为电荷分离和催化创造了高效路径。所得光催化剂达到102.5 mmol h⁻¹ g⁻¹的析氢速率，显著优于基准有机材料。该工作还指出了一条更简单的太阳能燃料生产路线，通过展示单一组分有机材料的强性能，避免了高性能催化剂通常依赖的复杂给体-受体混合物，后者在制造过程中难以控制。

如果这些材料得到进一步改进，它们可能有助于降低太阳能制氢成本，将阳光直接转化为清洁燃料。这将支持钢铁制造、化肥生产和化学制造等行业的脱碳努力，这些行业已广泛使用氢气，但碳足迹较大。该研究通过展示分子结构如何控制激子行为和催化效率，为下一代太阳能燃料材料提供了新的设计原则，使阳光驱动的制氢更接近实际应用。

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