以原位复合方法，成功构建了一种新型的SnO2 QDs/PDI超分子异质结光催化剂。二者界面间产生的强内建电场，成功驱使光生电子由PDI超分子转移至 SnO2 QDs，这不仅改善了体系光生载流子的迁移与分离能力，还有效降低了催化反应过程中因电子无法导出而导致的PDI•-的产生，进而显著增强了PDI超分子聚集体的稳定性。
图1 PDI超分子纳米棒和SnO2 QDs/PDI异质结的合成示意图 图2 (A) 紫外-可见漫反射光谱；(B) KPFM测得PDI超分子纳米棒和4%-SnO2 QDs/PDI的表面电势；(C) 样品光照下PDI•-的ESR谱图；(D) 添加用于放大信号的Na2S试剂后样品光照下PDI•-的ESR谱图；(E) 样品中产生的PDI•-的紫外-可见吸收光谱 有机半导体材料相对于无机半导体，拥有众多不可替代的优势，例如丰富的分子结构（共价键/非共价键体系）库、化学可调的电子结构、构型灵活、极佳的光吸收性能及元素供给丰富等特性。苝酰亚胺（PDI）超分子材料自被报道能够独立地完成从光吸收、载流子分离到表面催化反应的整个光催化过程，即受到了研究者们广泛的关注。然而，受限于有机半导体(Frenkel 激子)高激子结合能、相对较低的载流子迁移率等固有属性，PDI基超分子体系的光生载流子分离效率依然较低，进而导致其光催化活性与稳定性面临巨大挑战。因此构建高效、稳定的PDI基超分子光催化体系具有重要意义。 针对以上问题，中国矿业大学（北京）刘迪课题组设计构建出一种0D/1D型异质结体系。其中，锚定在PDI超分子纳米棒表面上的SnO2 QDs成功得到了稳定分散，同时其对PDI组分表面吸光位点的暴露影响也很小。在KPFM-AFM、ISI-XPS、瞬态光电流、EIS和PL等表征结果的支持下，研究证实了异质结间界面电场驱动的高效界面电子转移以及由此产生的载流子的有效分离是导致光催化活性大幅提升的主要原因。此外，本工作还首次揭示了催化反应过程中PDI•-含量较高是促进PDI超分子发生解离的重要因素。而SnO2 QDs/PDI异质结的形成可通过快速将电子定向转移至SnO2 QDs，进而有效地阻碍了PDI•-的形成及PDI•-单元间因静电排斥而导致的超分子解离的发生，从而可提高PDI超分子聚集体的稳定性。本工作可为高效设计可见光驱动型光催化剂提供重要的理论指导，也为探究和评价PDI基超分子光催化体系的稳定性提供了新途径。 论文信息 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
