研究揭示芘类J-聚集体的光催化功能

近日，广东石油化工学院化学工程学院教授刘诗咏团队在有机光催化剂设计领域取得重要进展。团队成功构建了从“分子结构-超分子组装-内建电场-载流子动力学-多路径催化”的完整因果链，揭示了偶极导向J-聚集体在提升光催化性能中的核心机制。相关成果发表于《应用催化B：环境与能源》（Applied Catalysis B: Environment and Energy）。

偶极导向J-聚集与多功能光催化及芘类系列分子合成示意图。研究团队供图

研究团队设计合成了三种结构精确的芘基小分子（Py-B、Py-B-CN、Py-Pr-CN），通过引入氰基和吡啶氮基团，系统增强了分子极性与分子内电荷转移能力。高分辨透射电镜首次直接观察到Py-Pr-CN中0.33 nm的π-π堆积晶格条纹，结合粉末X射线衍射、紫外可见光谱及密度泛函理论计算，证实了有序滑移型J?聚集体的形成。

在可见光（λ>420 nm）照射且无需铂助催化剂的条件下，Py-Pr-CN展现出优异的多功能光催化活性：析氢速率达95.23 mmol·g-1·h-1，析氧速率5.36 mmol·g-1·h-1，过氧化氢生成速率416.67 μmol·g-1·h-1；其在450 nm处的表观量子效率高达11.41%。该综合性能居于同类有机小分子、超分子及共价有机框架光催化体系的前列。

该工作提出的分子级精确调控策略，为开发高效、稳定、多功能且无需贵金属的有机光催化材料开辟了新路径，对太阳能燃料制备和绿色氧化合成领域具有重要的科学价值与应用前景。