南京师范大学孙瀚君教授课题组开发了一种创新的光电阴极制备方法：通过铜表面介导的knoevenagel缩聚反应，原位制备了具有光电催化活性的共价有机框架，并将其直接作为光电阴极用于光电制氢，这一技术为光电制氢提供了新方法、新技术、新路径。

sp²-C共价有机框架（COF）具有独特的π共轭网络，能够促进光生载流子的迁移，因此在光电化学水分解中表现出优异的催化性能。然而，由于sp²-C COF的粉末性质，需要将其物理涂覆在导电基底上才可用于光电制氢。由于催化活性材料与导电基底之间的相互作用力较弱，物理涂覆会造成催化活性材料的分散性较差、长时反应稳定性弱、界面电子传输效率低等问题。

为了解决这一问题，孙瀚君课题组开发了一种光电阴极制备方法，利用泡沫铜介导有机单体之间发生缩聚反应，在铜表面原位合成具有光电催化性能的共价有机框架，并且将其直接作为光电阴极进行光电制氢。这种方法利用极性碱溶剂中，泡沫铜表面会产生痕量的能够催化knoevenagel反应的Cu⁺和Cu²⁺，促进了有机单体之间的缩合反应，使得在铜表面原位生成均匀且致密的sp²-C COF薄膜，这个过程中泡沫铜既作为聚合反应的催化剂，也作为光电极的集流体。

同时，通过化学结构设计可以合成多种sp²-C COF光电阴极。其中，在0.3 V (vs. RHE) 时，所制备的COFTh-Cu光电阴极其光电流密度为56 μA cm^-2，其性能远远超过了目前报道的大多数不含助催化剂的有机光电阴极材料。相同的COF材料，原位聚合制备的光电阴极其光电流密度是旋涂方法制备的光电阴极的4.5倍，同时旋涂方法制备的光电阴极经历长时反应后会出现催化材料脱落的情况，而原位聚合制备的光电阴极在经历长时反应后依旧稳定，生长在铜表面的sp²-C COF并未明显脱落。这些结果表明铜表面介导有机单体原位缩聚制备光电阴极的方法具有显著的优越性，为设计并合成高催化活性的共轭聚合物光电阴极开辟了一条创新路径。