复旦大学张凯教授课题组综述：设计用于可见光光催化的共轭多孔聚合物
传统小分子光催化剂具有金属毒性、成本昂贵、稳定性不高、难以重复利用等缺点。因此，迫切需要从非金属、非均相等方面寻求新的光催化剂材料。共轭多孔聚合物（CPP）是一种新型的光催化剂，具有非金属、非均相、可设计等优势，是传统均相光催化剂最具前景的替代品之一。
近期，复旦大学材料科学系张凯教授课题组撰写了题为“Designing conjugated porous polymers for visible light-driven photocatalytic chemical transformations”的综述论文，旨在总结以共轭多孔聚合物（CPP）为基本结构的非均相光催化材料的结构设计、光物理与电子特性控制的最新进展。该综述论文发表在英国皇家化学学会旗下的学术期刊Materials Horizons上。
图1. CPP的“设计建造”。
该论文首先概括了CPP能够应用于光催化领域的原因：由于其共轭扩展和由此形成的能带带隙，使得其具有可见光光子捕获能力。CPP的聚合物主链为sp2杂化，pz轨道垂直于主链，从而使得π键离域化和能带带隙产生。在可见光照射下，CPP产生空穴-电子对，光生电子与空穴将导致电荷分离与能量转移。在激发态下的CPP表面，光生电子被传输予反应底物是为还原过程，而空穴则与反应底物给出的电子结合是为氧化过程。因此对于具有光催化性的CPP材料，应主要研究以下三个方面：（1）可见光吸收及其能带带隙范围；（2）光生电荷与载流子的有效分离及分子内传输；（3）电子或能量转移以及能带位置与底物氧化还原电位的匹配。从这三个主要方面，作者列举了几年来在CPP光催化材料领域的一系列论文报道，并总结了CPP分子结构设计与合成和性能优化方法。
图2. CPP的光催化反应过程和结构设计策略。
不仅在分子水平的设计能够影响CPP的光催化性能，宏观层面的设计，即形貌、比表面积、孔径和官能团等因素，也能够提高催化反应效率。作者列举了近年来在本领域的一些报道，例如，（1）通过模板法构建不同的聚合物形貌，提高反应效率；（2）改变CPP的孔隙率，控制催化过程的反应速率；（3）将功能基团特别是亲水基团与CPP整合，赋予催化剂更好的亲水性和其他性能。这些方法提高了CPP的催化能力，扩展了应用范围，并且让CPP有更好的应用前景。
怎样在光催化活性与生产成本中找到平衡点，开发出新的合成方法，以实现CPP大规模应用于光催化工艺中，将是未来研究中的重要方向。
该论文的第一作者为洪堡博后，现任韩国科学技术研究院（KIST）的Jeehye Byun研究员，通讯作者为复旦大学张凯教授。
论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh01071h#!divAbstract
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