众所周知，光催化水分解是解决当前能源和环境问题的潜在途径之一，而构建具有匹配能带结构、足够的光子吸收和有效的电荷分离的合适光系统是获得优异水分解性能的基本要求。

近日，武汉大学彭天右教授，Renjie Li报道了一种新型人工Z-方案光体系，该体系基于通过Zn–O–V桥接键接枝到超薄BiVO₄纳米片上的杂金属Zn- / Pt-卟啉共轭聚合物（ZnPtP-CP），可以实现高效的整体水分解。

文章要点

1）研究人员以氧化石墨烯点为模板剂，通过水热法制备了BiVO₄纳米片（NSs），然后在550 ℃空气中煅烧6 h。然后以Zn(II) 5,10,15,20-tetrakis(4-bromophenyl)卟啉(ZnPorBr)和Pt(II)5,15-bis(4-ethynyl-phenyl)-10,20-bis(perfluorophenyl)卟啉（PtPorF）为原料，通过Sonogashira偶联反应制备了Zn-/Pt-卟啉共轭聚合物（ZnPtP-CP）。最后通过原位Sonogashira偶联反应将ZnPtP-CP接枝到BiVO₄ NSs后，得到ZnPtP–CP/BiVO₄复合材料。

2）实验结果显示，ZnPtP–CP/BiVO₄复合材料上，在λ= 400 nm处达到了优异的9.85％的表观量子产率，其中BiVO₄纳米片通过Zn–O–V桥键与ZnPtP-CP纳米片紧密接触，以促进ZnPtP-CP作为电子富集单元和BiVO₄作为空穴富集的Z-方案电荷转移机制。同时，BiVO₄的光生电子通过Zn-O-V键转移到界面并与ZnPtP-CP的光生空穴复合，从而保持了ZnPtP-CP的光生电子的强还原性和BiVO₄的光生空穴的强氧化性。此外，Pt-卟啉桥联单元中高度分散的Pt位点（PtN₄）作为单原子催化位点，通过将光生电子从Zn-卟啉单元快速迁移到Pt-卟啉单元进行水还原反应，促进了级联电荷转移。

这种两步激发和级联电荷转移途径的Z-方案机制使ZnPtP–CP/BiVO₄复合材料成为一种Z-方案双功能光催化剂，在不需要牺牲剂或外加偏压的情况下，能够用于高效地光催化整体水分解。

参考文献

Jinming Wang, et al, Porphyrin Conjugated Polymer Grafted onto BiVO4 Nanosheets for Efficient Z-Scheme Overall Water  Splitting via Cascade Charge Transfer and Single-Atom Catalytic Sites, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202003575

https://doi.org/10.1002/aenm.202003575