能自发产生电荷的塑料材料，助力高效分解水制氢

氢能作为简单的太阳能燃料，可通过光催化分解水直接制备。传统析氢光催化剂（如SrTiO3、TiO2等）主要在紫外光区（仅占太阳光谱的<5%）有活性，而占太阳能量超50%的近红外光却极少被有效利用。有机共轭材料虽可通过分子设计实现近红外吸收和能级调控，但单一有机半导体因弗伦克尔激子结合能大（约0.5电子伏特），自由电荷生成效率低，尤其窄带隙近红外吸收材料。有机异质结光催化剂（两种有机半导体共混）虽因供体-受体能级匹配促进激子解离和电荷转移，但单组分有机光催化剂因介电常数低（ε≈3-4），电荷分离态形成效率低，光催化性能受限。双缆聚合物通过化学键连接电子供体和受体单元，在有机太阳能电池中表现优异，故有望通过其在单组分有机析氢光催化剂中构建分子间电场，解决上述难题。

本研究开发了基于双缆聚合物的光催化剂as-DCPIC纳米颗粒。该双缆聚合物以供体聚合物PBDB-T为电子给体共轭主链，近红外受体TPDIC为缺电子侧链，可实现自持续光电转换。通过改进的微乳液法制备纳米颗粒，冷冻透射电镜显示其内部因TPDIC侧链自结晶倾向形成局部有序结构，Pt助催化剂均匀修饰于表面，促进电子向水相质子转移。

在可见-近红外光照射下，as-DCPIC纳米颗粒析氢速率达11.88 mmol/小时/克，是基准催化剂PBDB-T纳米颗粒的57倍，显著高于对称双缆聚合物s-DCPIC纳米颗粒。即使在纯近红外光（λ>700 nm）下，其析氢速率仍达5.04 mmol/小时/克，占可见-近红外光下总速率的42%，表明近红外光子激发下激子解离和电荷传输高效。外部量子效率在可见-近红外区均衡（450 nm、620 nm、760 nm处分别为1.0%、1.0%、1.1%），且经4个循环（32小时）测试仍保持良好稳定性。

光物理表征显示：稳态光致发光光谱表明as-DCPIC纳米颗粒在近红外光激发下荧光淬灭率更高（约85%，s-DCPIC为73%），激子解离更有效；飞秒和纳秒瞬态吸收光谱证实其内部存在有效电子-空穴分离，自由载流子寿命长达109纳秒。理论计算表明，双缆聚合物重复单元的表面静电势差异在分子链间产生内电场，促进激子分裂为电荷载流子；时间分辨密度泛函理论计算显示as-DCPIC中 singlet与triplet激发态间自旋轨道耦合强，证实长寿命激发态。

综上，双缆聚合物通过化学键将供体和受体单元连接，在单组分有机光催化剂中构建分子内供体-受体异质结，无需传统异质结的供体-受体共混，即可产生长寿命活性电荷，突破单组分有机析氢光催化剂效率瓶颈，为太阳能光解水及其他光催化反应提供高效材料平台。