王心晨/蓝志安课题组在有机聚合物光催化领域取得新进展

近日，我院王心晨/蓝志安课题组在Advanced Functional Materials 在线发表了题为“Regulating Exciton Dynamics in Organic Polymer Photocatalysts with Dual‐Polarization Structure”的原创性研究成果。在本文中，研究人员深入探究了有机光催化领域的一个关键难题：三重态激子的低效利用。三重态激子在光激发态中占很大比例，但往往因单重态激子而被忽视。研究人员创新性地引入双极化聚合物 SBN，通过协同极化效应同步增强激子转换效率与寿命，进而系统性地提升光催化性能。

光吸收时产生的激子（电子-空穴对）决定了光催化过程的效率。尽管单重态激子已得到广泛研究，但三重态激子由于其较低的解离效率（源于较大的单重态-三重态能隙（ΔE_ST）和快速的非辐射复合）而未得到充分利用。为克服这些限制，研究人员通过整合 B-N 路易斯对和氰基设计了聚合物SBN。这种分子结构实现了三个关键目标：（1）降低ΔE_ST以促进反向系间窜越（RISC）和系间窜越（ISC），（2）延长电子转移和能量转移的时间窗口，（3）产生内电场以促进电荷分离。光谱和计算分析证实，SBN 实现了快速的单线态-三线态相互转换并延长了激子寿命，使两种激子类型都能参与光催化反应。

研究人员的策略结合了等电子取代和π扩展来构建双极化结构，这与传统的单极化方法有所不同。理论计算表明，B-N 和 -C≡N 单元的协同极化诱导了自发取向极化（SOP），产生内电场以驱动激子解离。瞬态吸收光谱进一步证实了延长的激子寿命和高效的RISC过程。在光催化产氢和单线态氧生成过程中，SBN的活性比未极化的类似物提高了数倍，这突显了三重激发态利用的关键作用。

这项工作为通过合理利用激子自旋态设计先进光催化剂提供了蓝图。双极化策略不仅弥合了有机光伏和光催化之间的差距，还为在其他光电子应用中控制激子动力学开辟了途径。该发现将激发对自旋态操纵在能量转换和存储方面的进一步研究。

论文的第一作者为福州大学化学学院博士后汝成龙，王心晨教授、蓝志安教授为论文的共同通讯作者，为本研究提供了重要的指导。这项研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。

论文信息：Chenglong Ru, Jingwen Liang, Zhi-An Lan,* Zhiming Pan, Wandong Xing, Sibo Wang, Yidong Hou, and Xinchen Wang*. Regulating Exciton Dynamics in Organic Polymer Photocatalysts with Dual‐Polarization Structure. Adv. Funct. Mater. 2025, e21894. DOI: 10.1002/adfm.202521894