AS | 汕头大学简经鑫、佟庆笑，北京邮电大学匡卓然：偶极矩调控内建电场实现苝酰亚胺聚合物超快电荷分离用于光电化学水分解

本研究受自然界光合作用中光系统II的启发，针对常规苝酰亚胺（PDI）聚合物因其严重的光生电荷复合和短激子扩散长度而限制光电转化效率的问题，旨在通过分子偶极工程构筑强内建电场以实现超快电荷分离或多电子累积。汕头大学和北京邮电大学的研究团队通过在芳香连接体中精确调节氮原子含量，设计并合成了具有大分子偶极矩的树状PDI聚合物（C5N1-PDI、C4N2-PDI和C3N3-PDI）。实验结果表明，基于吡啶连接的C5N1-PDI因其强偶极矩产生了显著增强的内建电场，实现了亚皮秒级的超快空间电荷分离，并首次在分子水平上观察到双电子积累。该光阳极在1.23 V vs. RHE下实现了68.7 µA cm⁻²的光电流密度，比对照组提升了3.42至229倍，且在360分钟内表现出优异稳定性与高法拉第效率。该研究通过超快光谱揭示了“分子结构-激子动力学”的内在联系，为设计高效有机光电极并突破水氧化反应的动力学瓶颈提供了清晰的策略。