近年来，产氢和产氧作为最有前景的能源载体之一，引起了人们的广泛关注，而太阳能驱动半导体光催化剂分解水产氢和产氧被认为是最有效的方法之一。催化剂对太阳能的光谱响应范围、决定氧化还原能力的能带结构以及提高光生载流子分离效率的内建电场（IEF）是提升光催化活性的关键因素。

在有机半导体材料中，苝四羧酸二亚胺（PDI）及其衍生物被认为是一类光氧化材料，具有良好的光热稳定性和优异的可见光吸收能力。以前的研究表明，可以通过引入改变能带结构和分子偶极的官能团来提高 PDI 的 IEF。然而，单组分的固有 IEF 通常需要非常复杂的制备过程，这只能提高有限的载流子分离效率和氧化还原能力。此外，由于光学吸收和氧化还原电位之间的热力学矛盾，这严重限制了单体 PDI 催化剂全解水（OWS）的性能。另一种具有类似 PDI 分子π-π堆积结构的材料，即萘二酰亚胺（NDI），由于其负的导带位置和较高的电子亲和力，可以作为理想的产氢材料。鉴于 PDI 和 NDI 的类似结构，能否通过一步简单的快速合成方法构建 PDINH 和 NDINH 的 Z-型共组装结构，实现光催化分解纯水同时产氢产氧？

在本工作中，作者通过一步简单的快速溶液分散法共组装了萘酰亚胺(NDINH)/苝酰亚胺 (PDINH)超分子催化剂，通过调节较大的局域偶极从而产生强的内建电场，加速了电荷迁移与分离，并获得了较长的光生载流子寿命，从而提高了光催化活性。此外，涂覆在 PDINH 表面的NDINH 可以有效地降低 PDINH 的反射电场，从而提高其对紫外光的响应活性。结果表明，在全谱光谱辐照下，光催化产氧和全解水表现出优异的性能，更重要的是太阳能-氢能转化效率达到 0.13%。这项工作在光催化领域为设计高效的共组装超分子光催化剂提供了一种新的方法。

图1. NDINH/PDINH 的形貌、晶相表征和差分电荷密度图

近日，相关研究以“强内建电场的全光谱响应萘酰亚胺/苝酰亚胺光催化全解水”（Full- Spectrum Responsive Naphthalimide/Perylene Diimide with a Giant Internal Electric Field for Photocatalytic Overall Water Splitting）为题发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）期刊上。清华大学化学系博士后徐小明为第一作者，清华大学化学系朱永法教授为论文通讯作者。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308597