Donor‐Acceptor Fulvalene‐Analogous Small Molecules for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution

材料科学 光催化 接受者 分子 分解水 光化学 化学物理 光催化分解水 纳米技术 化学工程 催化作用 凝聚态物理 有机化学 化学 物理 工程类
作者
Renlong Li,Zeng Cao,Jinfeng Fan,Yiyuan Feng,Ren‐Jie Li,Xiaonan Zheng,Wanqing Zhang,Jichao Wang,Lian‐Wei Luo,Yaqi Zhang,Ying Li,Cheng‐Xing Cui,Chong Zhang,Jia‐Xing Jiang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202518520
摘要

Abstract Donor–acceptor (D–A) polymers have shown great promise as photocatalysts for hydrogen evolution, benefiting from efficient exciton separation and charge mobility via their push‐pull electronic structure. However, despite advantages like cost‐effectiveness, synthetic accessibility, and well‐defined structures, D–A conjugated small molecules remain underexplored for photocatalytic applications. Herein, three novel D–A‐type fulvalene‐derived small molecules (F‐ID, F‐IC, and BF‐IC) are synthesized through systematic modulation of donor and acceptor units. Spectroscopic and theoretical investigations revealed that both the extended conjugation length of the donor unit and enhanced electron‐withdrawing capability of the acceptor unit can effectively broaden the light absorption range and reduces the optical bandgap. The optimized photocatalyst BF‐IC, exhibiting the most red‐shifted absorption and narrowest bandgap (consistent with DFT calculations), demonstrated superior photocatalytic performance with a hydrogen evolution rate of 13.43 ± 0.62 mmol h −1 g −1 using ascorbic acid as the sacrificial agent. To our knowledge, this work presents the first demonstration of highly efficient hydrogen evolution using a fulvalene‐derived D–A‐type small‐molecule photocatalyst. Our study not only establishes fulvalene‐based D–A systems as a promising new class of photocatalysts for solar‐to‐chemical energy conversion but also offers a rational molecular design strategy for high‐performance photocatalysts through structural modulation.
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