通过光催化将太阳能转化为清洁的H2燃料,是社会可持续发展的一个极具前景的策略。近年来,有机半导体(OSCs)正在成为一种极具吸引力的光催化剂。然而,有机半导体的低介电常数表明光生激子的结合能很高,从而导致严重的电荷重组。有机异质结可以促进电荷转移过程。但高效的有机异质结需要合理的能级排列,电荷转移过程与分子结构和分子间距离有直接相关。
本工作通过合理的分子设计,合成了两种含有不同末端官能团但能级相似的铜卟啉(CuPy)衍生物。制备了氮化碳(CN)/铜卟啉范德华异质结,并对其光催化氢气进化(PHE)性能进行了表征。实验和理论计算表明,除了由分子结构决定的光电特性外,分子构象(即平面度)通过调节分子间距离在电荷转移过程中发挥着同样重要的作用。当分子间距离合理时,即使在能级排列未达到最佳的条件下,仍能发生有效的电荷转移。此外,该研究发现即使在0.1 eV的能级差下,异质结依然可以发生有效的电荷转移。上述研究有助于加深对OSCs异质结光催化剂的理解,为高效OSCs光催化剂的设计提供了新的思路。