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Accessing Poly(DA-ran-Dπ) Ternary Copolymers via Direct C–H Arylation for Ultrahigh Photocatalytic Hydrogen Production

三元运算 光催化 聚合 材料科学 聚合物 接受者 量子产额 共聚物 化学工程 光化学 化学 高分子化学 催化作用 有机化学 复合材料 物理 量子力学 计算机科学 工程类 荧光 程序设计语言 凝聚态物理
作者
Hao Gong,Jinhua Li,Zhenghui Xie,Can Lang,Shiyong Liu
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:57 (15): 7208-7218
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.4c01290
摘要

π-Conjugated polymers (CPs) bearing alternating electron donor–acceptor (D–A) blocks have been widely exploited as promising photocatalysts for hydrogen production. However, little attention has been paid to the D–A ternary polymer photocatalysts, and the current investigations on such a system are mainly focused on the D−π–A type by inserting a π-bridge between the D and A units. Herein, a new type of ternary polymeric photocatalysts, namely poly(DA-ran-Dπ), were designed and facilely constructed via atom-economical direct C–H arylation polymerization (DArP), in which benzothiophene-5,5-dioxide (DBTSO2), 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT), and phenyl serve as acceptor, donor, and π-spacer, respectively. Our findings reveal that the DBTSO2, EDOT, and phenyl building blocks can exert synergic effects on promoting the hydrophilicity, D–A interactions, and charge separation of the resulting ternary CPs. Compared to the binary polymer EDBz-0, the ternary EDBz-25 exhibits a much superior photocatalytic performance, yielding a hydrogen evolution rate up to 241.5 mmol g–1 h–1 with an unprecedented apparent quantum yield of 28.62% at a 500 nm wavelength without the aid of a Pt cocatalyst. The water-displacing setup reveals that 91 mL of H2 gas can be quickly produced within 2 h by using only 3 mg of EDBz-25 as the photocatalyst. The construction of ternary CPs via DArP, developed in the current work, offers a new opportunity for the design and green synthesis of polymeric semiconductors for renewable energy applications.
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