太阳能驱动的水分解是一种人工光合作用技术，是一种有趣且可持续的方法，可以直接将间歇性的太阳能转化为清洁、可再生和可存储的氢(H₂)燃料。其中，光电化学(PEC)构型集太阳能收集和电解水于一体，具有成本竞争力、无需牺牲试剂、气体产物可分离等优点。一般来说，整个水分解反应是一个上坡过程，需要最小能量为1.23 eV，并且进一步增加了析氢反应(HER)和析氧反应(OER)由于动力学超电势造成的能量损失。此外，OER过程涉及四电子过程，具有较高的能垒，在能量上更加缓慢，因此被认为是PEC水分解的瓶颈。为了有足够的能量来分解水，半导体材料应该有效地吸收400 - 800 nm范围内的太阳光，因为这个区域覆盖了太阳光谱的大部分。有机半导体是一种有吸引力的PEC材料，因为它们可以被综合调节以吸收可见光，同时保留适当的能级来驱动水分解。

苝二酰亚胺(PDI)是一种经典的多环芳烃，由刚性的芳香核和末端的酰亚胺基团组成，在有机电子领域得到了广泛的研究，如有机太阳能电池、有机场效应晶体管( OFETs )、有机发光二极管( OLEDs )和有机光电探测器等。由于其出色的可见光吸收能力、热稳定性、化学稳定性、化学修饰能力和多样化的组装结构，PDI在太阳能驱动的分解水，特别是析氧反应(OER)方面引起了相当大的兴趣。PDI分子的平面共轭结构由电子高效的苝核和吸电子的酰亚胺基团组成，有利于载流子在光照下快速迁移。然而，由于短的激子扩散长度和高的激子结合能，其光生载流子的分离和迁移效率较低。因此，人们致力于提高有机半导体的电荷分离能力，如异质结结构、催化剂负载、超分子组装和分子极性调控等。特别地，PDI通常在几个皮秒内表现出光生载流子的快速复合，没有足够的时间来驱动催化反应。因此，有效的电荷分离策略对于提高PDI半导体的催化性能具有重要意义。

内建电场( BIEF )的产生和调制可以诱导界面空间电荷和能带弯曲来分离电子和空穴，这将极大地有利于有效的电荷分布和催化性能的大幅提高。通过分子工程调控PDI衍生物的偶极矩，有利于增大内建电场，促进光生电荷载流子的分离。近期，汕头大学的简经鑫副教授通过设计连接基团的取向调控PDI聚合物的分子偶极矩，实现增强的内建电场和光电催化性能。

设计合成了以邻、间和对苯二胺为链接基团的PDI聚合物（oPDI、mPDI和pPDI）并通过CNMR、FTIR和XPS等表征确认。在SEM中，PDI聚合物呈现为宽度< 1 µm的均匀纳米片形态，表明PDI聚合物具有有序的分子堆积和高结晶度，这有利于形成强的内电场。PDIs的晶体结构和堆叠模式通过高分辨率X射线衍射（HRXRD）测量和物理吸附的多孔结构进行了鉴定。三种PDI聚合物在5.96-6.16°区域具有特征衍射峰，在1.74 nm处的截止边缘和在3.88 nm处具有纳米孔宽度峰，这些结果表明PDI聚合物处在规则的纳米多孔结构。高结晶度的PDI聚合物纳米粒子具有纳米孔结构，其大的比表面积有利于催化反应进行。

PDI聚合物表现出宽的光谱吸收，完美地拟合了太阳光谱。其中，o PDI比m PDI和p PDI具有更大的偶极矩和内建电场，从而提高了催化活性。在相同光照条件下，oPDI表现出115.1 μ A cm^-2的高光响应电流密度，分别是mPDI的11.5倍、pPDI的26.8倍和PDI单体的104.6倍。能带结构表明，oPDI具有最窄的能隙宽度来收集太阳光，同时具有最强的价带氧化水的能力，显著优于相应的mPDI和pPDI聚合物。理论计算和实验表征结果表明，oPDI聚合物具有较大的偶极矩，有助于光生载流子的分离和传输。分子取向决定了聚合物半导体的内建电场，为构建用于太阳能转化的聚合物光催化剂提供了新的途径。