中國(guó)科大在人工光合成領(lǐng)域取得新進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)江海龍教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合羅毅教授和江俊教授團(tuán)隊(duì)在人工光合成研究中取得新進(jìn)展。研究成果以“Dynamic structural twist in metal–organic frameworks enhances solar overall water splitting”為題，于8月12日在線發(fā)表在《自然·化學(xué)》（Nature Chemistry）上。應(yīng)期刊編輯邀請(qǐng)，研究團(tuán)隊(duì)、審稿人和編輯共同撰寫(xiě)的研究簡(jiǎn)報(bào)（Research briefing）也在線刊登，期刊審稿人和編輯對(duì)該工作給予高度評(píng)價(jià)，稱(chēng)我們提出了一個(gè)“新穎、顛覆性的概念”（a novel and disruptive concept），并認(rèn)為這為未來(lái)發(fā)展更高效的光催化劑提供了“令人激動(dòng)的進(jìn)展”（an exciting development）。 -O:_!\uA  
光催化全水分解制取氫氣被視為化學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”反應(yīng)，其中一個(gè)主要限制瓶頸是光催化過(guò)程中的電子和空穴極易復(fù)合。為了抑制這種復(fù)合現(xiàn)象，研究者們已發(fā)展了許多策略。然而，這些經(jīng)典策略多集中于催化劑的基態(tài)結(jié)構(gòu)，而電子和空穴的復(fù)合則發(fā)生在激發(fā)態(tài)。自然光合作用中，電子在轉(zhuǎn)移過(guò)程中光合蛋白通過(guò)構(gòu)象變化來(lái)穩(wěn)定電子，保證其長(zhǎng)距離傳輸。受此啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)基于人工光催化劑在接受電子后發(fā)生激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)變化，以穩(wěn)定光生電子并延長(zhǎng)其壽命，從而實(shí)現(xiàn)光催化的全解水反應(yīng)。 qv 3^5d  
基于上述理念，研究團(tuán)隊(duì)選擇了一種名為CFA-Zn的金屬有機(jī)框架材料（MOFs），成功通過(guò)激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)變化延長(zhǎng)了光生載流子的壽命，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效的光催化全解水反應(yīng)。CFA-Zn由閉殼層的Zn節(jié)點(diǎn)連接兩種化學(xué)上相同但晶體學(xué)上不同的柔性有機(jī)配體組成。兩種晶體學(xué)不同的有機(jī)配體分別作為電子供體和受體，而Zn的閉殼層結(jié)構(gòu)確保了兩種配體間的化學(xué)絕緣。以上特征使CFA-Zn能夠創(chuàng)造類(lèi)似植物體中動(dòng)態(tài)柔性的化學(xué)微環(huán)境，通過(guò)激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)變化穩(wěn)定激發(fā)態(tài)電子并延長(zhǎng)其壽命。 tc_f;S`k