以原位復合方法，成功構建了一種新型的SnO2 QDs/PDI超分子異質結光催化劑。二者界面間產生的強內建電場，成功驅使光生電子由PDI超分子轉移至 SnO2 QDs，這不僅改善了體系光生載流子的遷移與分離能力，還有效降低了催化反應過程中因電子無法導出而導致的PDI?-的產生，進而顯著增強了PDI超分子聚集體的穩定性。
圖1 PDI超分子納米棒和SnO2 QDs/PDI異質結的合成示意圖 圖2 (A) 紫外-可見漫反射光譜；(B) KPFM測得PDI超分子納米棒和4%-SnO2 QDs/PDI的表面電勢；(C) 樣品光照下PDI?-的ESR譜圖；(D) 添加用于放大信號的Na2S試劑后樣品光照下PDI?-的ESR譜圖；(E) 樣品中產生的PDI?-的紫外-可見吸收光譜 有機半導體材料相對于無機半導體，擁有眾多不可替代的優勢，例如豐富的分子結構（共價鍵/非共價鍵體系）庫、化學可調的電子結構、構型靈活、極佳的光吸收性能及元素供給豐富等特性。苝酰亞胺（PDI）超分子材料自被報道能夠獨立地完成從光吸收、載流子分離到表面催化反應的整個光催化過程，即受到了研究者們廣泛的關注。然而，受限于有機半導體(Frenkel 激子)高激子結合能、相對較低的載流子遷移率等固有屬性，PDI基超分子體系的光生載流子分離效率依然較低，進而導致其光催化活性與穩定性面臨巨大挑戰。因此構建高效、穩定的PDI基超分子光催化體系具有重要意義。 針對以上問題，中國礦業大學（北京）劉迪課題組設計構建出一種0D/1D型異質結體系。其中，錨定在PDI超分子納米棒表面上的SnO2 QDs成功得到了穩定分散，同時其對PDI組分表面吸光位點的暴露影響也很小。在KPFM-AFM、ISI-XPS、瞬態光電流、EIS和PL等表征結果的支持下，研究證實了異質結間界面電場驅動的高效界面電子轉移以及由此產生的載流子的有效分離是導致光催化活性大幅提升的主要原因。此外，本工作還首次揭示了催化反應過程中PDI?-含量較高是促進PDI超分子發生解離的重要因素。而SnO2 QDs/PDI異質結的形成可通過快速將電子定向轉移至SnO2 QDs，進而有效地阻礙了PDI?-的形成及PDI?-單元間因靜電排斥而導致的超分子解離的發生，從而可提高PDI超分子聚集體的穩定性。本工作可為高效設計可見光驅動型光催化劑提供重要的理論指導，也為探究和評價PDI基超分子光催化體系的穩定性提供了新途徑。 論文信息 Heterostructured Perylene Diimide (PDI) Supramolecular Nanorods with SnO2 Quantum Dots for Enhanced Visible-Light Photocatalytic Activity and Stability Dr. Di Liu,Yi Li,XinLing Zhang,Li Yang,Xin Luo ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202200087
