摘要
随着能源危机和环境污染的加剧，氢气因其高热值和无碳排放受到研究人员的广泛关注。利用太阳能直接光催化析氢是生成氢气的理想途径，即半导体材料作为光催化剂，通过吸收光子将质子还原为氢气。在种类繁多的光催化剂中，有机半导体材料因其成本低、结构多样和电子特性可调等优点成为一个研究热点。因此，本论文合成了一系列的三嗪基共轭多孔聚合物，通过对聚合物结构、光催化产氢性能、光生载流子的分离和转移效率以及光催化产氢机理等的详细探讨，深入研究了这类有机半导体材料的光催化制氢性能。主要研究内容包括： 1.共轭多孔聚合物骨架中不同三嗪连接单元对其光催化产氢性能的影响 通过Stille偶联反应合成了两种三嗪基共轭多孔聚合物PhIN-CPP和ThIN-CPP，研究了它们的光催化产氢性能。对于PhIN-CPP，与中心三嗪单元相连的外周芳香族连接体是苯单元，而ThIN-CPP是噻吩单元。光催化测试结果表明，不添加Pt助催化剂的ThIN-CPP和PhIN-CPP在可见光照射下(λ＞420nm)的光催化析氢速率(HER)分别为306.63和3074.75μmolg-1h-1，添加3wt%Pt助催化剂的ThIN-CPP和PhIN-CPP的HER明显提高，分别达到了538.49和5359.92μmolg-1h-1。另外，PhIN-CPP和ThIN-CPP在光催化反应过程中能保持良好的产氢稳定性和结构稳定性。 2.高效的光催化析氢：三嗪基共轭多孔聚合物中的连接单元工程 通过Pd催化的Suzuki偶联反应合成了两种三嗪基共轭多孔聚合物ThPy-CPP和PhPy-CPP，研究了它们的光催化产氢性能。通过改变三嗪单元的类型，可以调节聚合物的带隙宽度和能带位置。光催化实验结果表明，不添加Pt助催化剂的ThPy-CPP（噻吩作为三嗪的连接单元）在可见光照射下的HER为16.69mmolg-1h-1，远高于PhPy-CPP（苯作为三嗪的连接单元，3.48mmolg-1h-1）。在全光谱辐照下，ThPy-CPP和PhPy-CPP的HER明显提高，分别为21.65和5.73mmolg-1h-1。本研究结果证实，调整三嗪的连接单元能够优化聚合物的分子设计，是提高光催化剂制氢性能的理想策略。 3.基于三噻吩基三嗪和三苯基三嗪的共轭多孔聚合物合成及光催化产氢性能研究 通过Pd催化的Suzuki偶联反应合成了三种三嗪基共轭多孔聚合物ThPh-CPP、PhPh-CPP和ThTh-CPP，研究了它们的光催化产氢性能。光催化实验结果表明，不添加贵金属Pt的三噻吩基三嗪和三苯基三嗪混聚合成的ThPh-CPP的HER为16.55mmolg-1h-1，高于PhPh-CPP（三苯基三嗪自聚，8.82mmolg-1h-1）和ThTh-CPP（三噻吩基三嗪自聚，3.06mmolg-1h-1）。添加3wt%Pt之后，ThPh-CPP、PhPh-CPP和ThTh-CPP的HER进一步提高，分别达到了24.65、12.12和6.71mmolg-1h-1。本研究为设计具有高光催化性能的共轭多孔聚合物提供了一种可行的策略。
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