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  氫能由于綠色無污染等優(yōu)點，被認為是最理想的化石能源替代品，而光催化分解水制氫被認為是最理想的氫能獲得途徑。目前，傳統(tǒng)的光催化制氫幾乎都是在純水的條件下實現(xiàn)的，然而，地球上97%的水資源都是海水，由于海水中復雜多樣的離子成分和微生物，使得海水中光解水產氫速率基本只有純水中產氫速率的一半甚至更低。共價有機聚合物（Covalent Organic Polymers; COPs）因其比表面積的可調控性，結構的定向裁剪性，良好的穩(wěn)定性，優(yōu)良的可見光吸收性能以及快速的載流子傳輸性能，在光催化分解水產氫中的應用受到了越來越多的關注。因此，開發(fā)一種能夠在海水中穩(wěn)定高效的光解水制氫聚合物催化劑具有重大現(xiàn)實意義。

  針對以上難題，向中華教授團隊設計合成了一種具有全共軛結構的無雜原子的共價有機聚合物COP-TF，該聚合物具有良好的可見光吸收能力，為了進一步提高COP-TF在海水中的光解水產氫速率，該團隊創(chuàng)造性的設計了一種碳包覆的磷化鎳作為助催化劑。（如圖1）

圖1.COP-TF@CNi₂P合成示意圖

  磷化鎳包覆的碳層在該光催化劑體系中具有重要的作用：（1）該碳層可以通過與共軛聚合物的π-π相互作用來增加CNi₂P 和COP-TF之間的吸引力，進而使得碳包覆的磷化鎳（CNi₂P）緊密的負載到COP-TF表面；（2）該碳層有利于增強COP-TF與磷化鎳之間電子傳輸，促進光生電子空穴的分離；（3）在光解水制氫過程中，該碳層可以有效降低磷化鎳被海水侵蝕。因此，該催化劑（COP-TF@CNi₂P）在海水中的產氫速率為2.5mmolg^-1h-1，而且經(jīng)過半個月的不連續(xù)產氫測試之后，仍然能夠保持92%產氫速率。遠遠超過了另外三種著名的光催化劑（g-C₃N₄，TiO₂，CSd）在海水中的光解水產氫速率。該研究對于在海水中穩(wěn)定高效的光催化劑設計具有重要的指導意義。

圖2. （a）析氫反應的吉布斯自由能；（b）不同催化劑在海水中的產氫穩(wěn)定性測試；（c）COP-TF@Ni₂P在海水中產氫穩(wěn)定性測試。

  以上研究成果以“A Fully Conjugated Covalent Organic Polymer with Carbon-Encapsulated Ni₂P for Highly Sustained Photocatalytic H₂ production from Seawater”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces （ACS Appl Mater Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.9b13540）上。論文第一作者為北京化工大學化工學院博士生劉瑤瑤，通訊作者為北京化工大學向中華教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.9b13540