中国研究人员开发出一种新材料，能加快太阳能制氢的速度。这为利用阳光作为能源、更快地从水中分离出氢气铺平了道路。

据阿拉伯语"能源平台"查阅的一项研究，中国科学院宁波材料技术与工程研究所（NIMTE）的研究人员，开发出一种共价有机框架材料。这种材料由多孔结晶聚合物构成，并与一种芳香族化合物相连。它能实现高效的光解水反应，从而制取氢气。

光解水被视为将太阳能转化为氢能的一种有前景的途径。这项技术有望缓解全球能源危机。

不过，光生电子和空穴容易迅速复合，这大大限制了有机光催化剂的效率。这正是研究人员着力解决的问题。

光催化制氢的挑战

科学家通常使用有机光催化剂来完成光催化反应。这是一种以碳为基础的化合物。它能帮助吸收可见光或紫外光，将电子激发到激发态，进而促进氢气的生成。

但在这一过程中产生的电子和空穴，很快就会重新结合。这会削弱整体反应效率。相关研究发表在《自然·合成》（Nature Synthesis）期刊上。

为此，科学家们转向了"共价有机框架"（COFs）材料。这是一类多孔聚合物，由有机分子通过强共价键连接而成。它的特点是可以对其性质进行精确调控。

在传统的共价有机框架中，柔性连接键容易发生面外转动。这会加剧能量损失，也是催化效率下降的原因之一。

因此，宁波材料所的研究人员与中科院理化技术研究所的同事展开合作。他们将刚性平面的"香豆素"键，引入到一种具有全共轭体系的共价有机框架结构中。

光催化材料的实验结果

与传统的"亚胺"键（一种碳氮双键官能团）和"乙烯基"键（由乙烯脱去一个氢原子衍生的有机官能团）相比，香豆素键表现出更高的结构刚性，也能更好地抑制结构波动。

这种键还增强了电子的离域化，使电荷载流子能够实现长距离传输，同时缩小了能隙。

研究人员观察到，连接香豆素单元的共价有机框架材料，在电荷分离方面有明显改善。其电荷分离态的持续时间，比连接亚胺键的材料长了一千倍。

当使用铂纳米颗粒作为助催化剂时，光生电子从共价有机框架转移到铂颗粒上所需的时间，约为407皮秒。这进一步促进了氢气的生成。

（注：皮秒是一种时间计量单位，等于一万亿分之一秒。）

宁波材料所教授在新闻声明中表示："这项工作提出了一种简单而有效的策略，通过键工程来调控共轭共价有机框架中的电荷动力学。"

作为该研究的主要作者之一，该所发言人补充说，这项新成果为设计高性能有机光催化剂、用于太阳能制氢及其应用，提供了重要思路。