有机光伏催化剂因其能级可调、消光系数高、响应光谱宽等独特优势，在光解水制氢领域展现出广阔的应用前景。然而，该领域仍面临两大关键科学挑战：一是如何实现催化剂内光生激子的超快解离与电荷的高效传输；二是如何强化半导体与水相界面的相互作用以提升电荷传输特性。

针对这些挑战，徐州工程学院孙华博士联合清华大学朱永法教授、安徽工业大学孙魄博士及常州大学顾陪洋教授，创新性地提出了一种羧酸盐功能化策略。研究团队通过对给体聚合物PTB7-Th进行分子修饰，将其疏水性酯基侧链转化为亲水性羧酸盐基团，成功制备出新型亲水聚合物hPTB7-Th。这一策略实现了三重协同效应：首先，羧酸盐基团显著改善了有机半导体与水的界面接触；其次，分子偶极矩的增大有效增强了催化剂的内建电场；此外，羧酸盐带来的静电作用提升了催化剂的异质结和尺寸稳定性。最终，这些协同作用共同促成了析氢性能的显著提升。

烷基侧链的离去完整保留了模型聚合物的共轭主链结构，hPTB7-Th在继承PTB7-Th优异光物理特性的基础上，结晶性得到进一步提升。

疏水性绝缘烷基侧链的去除显著增强了有机半导体与水的相互作用，并改善了固-液界面的电荷传输特性。

将酯基转化为羧酸盐显著增强了有机半导体的分子偶极矩。进而，强化了给体（D）/受体（A）本体异质结光伏催化剂的内建电场。增强的内建电场促进了D/A本体异质结光伏催化剂中光生电荷的分离，实现了超快电子传输，提高了光生激子的利用效率。

最终，基于hPTB7-Th:PCBM的本体异质结纳米颗粒表现出优异的光催化活性，其最佳析氢速率达到111.5 mmol g⁻¹ h⁻¹，是PTB7-Th:PCBM的4倍。此外，羧酸盐提供的静电稳定性使hPTB7-Th:PCBM具有出色的光催化稳定性，在连续光照100小时后仍能保持81%的初始析氢速率，是已报道的最稳定有机光伏本体异质结光催化剂之一。本研究通过分子工程策略，成功实现了亲水性调控、偶极工程与界面动力学的协同优化，为开发高性能本体异质结光催化剂提供了新思路。

A Carboxylate-based Hydrophilic Organic Photovoltaic Catalyst with a Large Molecular Dipole Moment for High-Performance Photocatalytic Hydrogen Evolution

Hua Sun, Jianan Fan, Rong Fan, Po Sun, Shifan Wang, Danfeng Wang, Peiyang Gu, Wenyi Tan, Yongfa Zhu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202503792