无机半导体已被很好地用于开发水和氧的光（电）化学还原，分别生产氢气（水分解）和过氧化氢。相比之下，有机π共轭聚合物，已在光电子转换设备（例如有机光伏电池）中作为光收集和电荷分离材料进行了广泛研究。然而，使用共轭聚合物作为光电阴极；即与水电解质直接接触的光电催化还原活性材料的研究较少。
有鉴于此，早稻田大学Bjorn Winther‐Jensen和Hiroyuki Nishide等人，综述了有机π共轭聚合物作为光电阴极材料，用于从水中利用可见光制备氢和过氧化氢的研究进展。
本文要点
1）介绍了水和氧还原电化学的基本原理，以及有机半导体在水中对光电阴极活性的作用，以及用于实际生产氢和过氧化氢的有机光电阴极的优点。在简要介绍了使用常规共轭聚合物的早期试验和错误研究之后，然后概述了该领域中对共轭聚合物的最新研究。稳定耐用的聚噻吩薄膜的基本和非常简单的设计作为成功材料的实例得到了证明，这些材料既用作可见光收集器，也是析氢和生产过氧化氢的催化剂，并与传统的析氧催化剂相结合。还简要介绍了这一新兴领域的发展前景。
2）光电阴极膜的设计可以进一步发展。可以调整薄膜厚度以平衡光吸收和激子和空穴的扩散长度。可以沿着共轭聚合物层和基底材料的HOMO的能级位置选择薄层材料。与水接触的聚合物薄膜具有较大的表面积，这与孔隙率、亲水性和润湿性有关。真正的阴极反应涉及许多过程，包括水、质子或氧的吸附、电子转移、键的裂解和重排、氢或H2O2的解吸及其活化，这些过程也受到质量扩散过程和溶液搅拌等的影响，所有这些因素都决定了阴极反应效率。
3）在类似设计的π共轭聚合物中，光分解水中的光驱动析氧仍然是一项重要的挑战。共轭聚合物的光电化学功能也因其在水界面的其它应用而得到了推广，主要是在传感器和生物技术领域。共轭聚合物在宽pH值范围内的水中长期氧化还原工作中具有化学稳定性和机械韧性。
参考文献：
Kouki Oka et al. Organic π‐Conjugated Polymers as Photocathode Materials for Visible‐Light‐Enhanced Hydrogen and Hydrogen Peroxide Production from Water. Advanced Energy Materials, 2021.
DOI: 10.1002/aenm.202003724
https://doi.org/10.1002/aenm.202003724
