Enhanced photocatalytic hydrogen evolution from organic semiconductor heterojunction nanoparticles

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作者
Ján Koščo,Matthew Bidwell,Hyojung Cha,Tyler B. Martin,Calvyn T. Howells,Michael Sachs,Dalaver H. Anjum,Sandra P. Gonzalez Lopez,Lingyu Zou,Andrew Wadsworth,Weimin Zhang,Lisheng Zhang,James P. Tellam,Rachid Sougrat,Frédéric Laquai,Dean M. DeLongchamp,James R. Durrant,Iain McCulloch
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:19 (5): 559-565 被引量:524
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0591-1
摘要

Photocatalysts formed from a single organic semiconductor typically suffer from inefficient intrinsic charge generation, which leads to low photocatalytic activities. We demonstrate that incorporating a heterojunction between a donor polymer (PTB7-Th) and non-fullerene acceptor (EH-IDTBR) in organic nanoparticles (NPs) can result in hydrogen evolution photocatalysts with greatly enhanced photocatalytic activity. Control of the nanomorphology of these NPs was achieved by varying the stabilizing surfactant employed during NP fabrication, converting it from a core–shell structure to an intermixed donor/acceptor blend and increasing H2 evolution by an order of magnitude. The resulting photocatalysts display an unprecedentedly high H2 evolution rate of over 60,000 µmol h−1 g−1 under 350 to 800 nm illumination, and external quantum efficiencies over 6% in the region of maximum solar photon flux. Photocatalysts formed from a single organic semiconductor can suffer from inefficient charge generation leading to low photocatalytic activities. Incorporating a heterojunction between a donor polymer and non-fullerene acceptor in organic nanoparticles leads to enhanced photocatalytic hydrogen evolution.
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