文章导读
过氧化氢作为绿色氧化剂，为何至今难以摆脱高能耗、高污染的蒽醌法？当你以为光催化技术已接近瓶颈时，西安交大张明明团队却用一种反直觉的“双空腔”结构撕开了突破口。他们没去死磕材料本身的发光效率，而是通过封装客体分子，强行延长了电荷寿命，将产率直接推至行业前列。这种看似简单的“主客体”策略，究竟是如何绕过传统固态材料的传质死结？那个藏在金属笼内部的微小空间，是否藏着未来替代传统化工的终极答案？
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过氧化氢（H2O2）作为一种重要的绿色氧化剂，在污水处理、漂白、消毒等领域应用广泛。然而，其现行大规模工业生产仍高度依赖高能耗、高污染、依赖有机溶剂与多步反应的蒽醌法。利用可见光驱动水或氧气光催化合成H2O2是一条极具发展前景的绿色合成路径，但该技术的实际应用长期受限于光催化剂电荷分离效率低、固态框架材料传质受限等核心挑战。
针对上述难题，西安交通大学张明明教授团队提出了利用离散金属有机笼作为超分子光催化剂的解决方案。研究团队发展了一种模板导向的正交配位自组装策略，成功构建了两种结构精确、具有明确双空腔结构的卟啉基金属配位笼。该金属笼巧妙地集成了光活性的锌卟啉单元与电子受体三嗪单元，形成了固有的分子内给体-受体结构，从而在可见光照射下可实现高效的光诱导电子转移与电荷分离。进一步，研究团队利用金属笼的双空腔特性，封装了富电子的平面芳香客体分子（如三亚苯、苯并三噻吩），构建了一系列主客体复合物。研究表明，客体的封装能够有效稳定光生电荷分离态、显著延长载流子寿命，从而大幅提升了体系的可见光催化产H2O2性能。在最优条件下，其H2O2生成速率可达4037 µmol g⁻¹ h⁻¹，在可见光驱动的超分子光催化剂中性能位居前列。
图1 卟啉基双空腔金属笼用于可见光催化生成过氧化氢示意图。
近日，该研究成果以《客体增强型卟啉基双空腔金属笼用于可见光驱动生成过氧化氢》（Guest-Enhanced Charge Separation in Porphyrin-Based Double-Cavity Metallacages for Visible-Light-Driven H₂O₂ Production）为题，发表于国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。西安交通大学材料学院博士研究生黄钰娟为该论文第一作者，西安交通大学材料学院张明明教授、李志凯副教授以及陕西师范大学化学化工学院彭浩南教授为共同通讯作者，西安交通大学金属多孔材料全国重点实验室为论文第一通讯单位。该研究工作获得了金属多孔材料全国重点实验室开放基金、国家自然科学基金以及化学生物协同物质创制全国重点实验室开放基金等项目的支持，表征测试工作得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.9964829
张明明教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/mingming.zhang
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这产率在超分子体系里算很高了吧，不知道稳定性咋样。