文章导读
光催化效率总被电子转移随机、能量耗散拖后腿？西安交大突破性研究给出全新解法！通过构建卟啉基异质配体金属笼，科研团队首次在超分子笼内实现定向电子传输，让可见光催化效率产生质的飞跃。实验证明，这种创新结构使四苯基硼酸盐氧化偶联反应转化率飙升至99%，远超传统催化剂。这项发表于《德国应用化学》的研究，不仅揭示了超分子定向电子转移机制，更为设计新一代高效光催化剂开辟了全新路径。
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在超分子光催化领域，如何实现光生电荷的高效分离与定向传输是提升催化效率的核心挑战。传统光敏剂面临电子转移随机、能量易耗散等瓶颈，制约了其在合成与能源转化中的应用。
针对这一难题，西安交通大学材料学院张明明教授课题组另辟蹊径，基于超分子配位自组装策略，成功构建了系列结构精准的卟啉基异质配体金属笼（Heteroleptic Metallacages）。该工作通过精巧的配体设计，将光活性卟啉单元与富电子三苯胺给体整合于同一金属笼骨架，在超分子笼体系中实现了分子内定向电子转移。这种独特的异质配体结构打破了传统对称金属笼的电子分布，产生极性空腔，显著增强了与带电底物的主客体相互作用，为实现定向电子转移创造了先决条件。
理论计算与超快光谱表明，该异质配体金属笼在可见光激发下，可发生从三苯胺到卟啉单元的定向分子间电子转移，有效促进了长寿命电荷分离态的形成，从而显著提升了超氧阴离子（O₂•⁻）的生成效率。得益于这一机制，该金属笼在四苯基硼酸盐的氧化偶联反应中表现出极高的催化活性，转化率高达99%，远超同构均配体金属笼及物理混合体系，充分证明了异质配体策略的优越性。
该项研究不仅揭示了超分子体系中定向电子转移的机制，更重要的是，它提供了一种通过“异质配体工程”调控电子行为、优化催化性能的普适性新策略，为设计开发新一代高效、专一的超分子光催化剂提供了新的思路。
近日，该研究成果发表在国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为Hot Paper。论文第一作者为西安交通大学材料学院副教授张泽远与硕士生李梓瑄，通讯作者为西安交通大学材料学院张明明教授与西安交通大学前沿科学技术研究院何刚教授。西安交通大学金属多孔材料国家重点实验室是论文第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省科技创新团队等项目的资助。论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202518798
张明明教授个人主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/mingming.zhang
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