苏成勇课题组：配位超分子自组装系列进展—分子基光催化产氢器件多相化研究

shenzhen

   人工模拟光合作用，利用太阳能在催化剂作用下分解水制取氢气，是实现将太阳能转化为清洁的化学能，解决人类社会面临的能源危机和环境污染问题的理想途径。化学学院苏成勇教授和石建英副教授研究小组早期发展了空间上相互独立、功能上相互等价，集合8个光敏金属有机钌中心和6个催化Pd2+中心于一体的金属-有机分子笼产氢器件[Pd6(RuL3)8]28+(MOC-16)，在单一分子笼内构筑出多个相互独立的能量传递和电子转移通道，获得了高达380 μmol h-1的初始产氢速率和635的TON(48h) [Nature Communications, 2016, 7: 13169]。

        虽然金属有机分子笼提高了分子基催化剂的产氢性能，但光照条件下的稳定性仍然是制约其进一步应用的决定因素。最近他们又基于配位组装策略实现了Au25(SG)18纳米簇在金属有机ZIF-8主体框架内部和外表面的可控组装[AdvancedMaterials, 2018, 30,1704576]。采用相似策略，他们将MOC-16植入到ZIF-8主体内，进一步将ZIF-8转化为Znx(MeIm)x(CO3)x(CZIF)，获得了MOC-16@CZIF催化剂。该催化剂保留了MOC-16固有的皮秒时间尺度内高效定向电子转移的特性，同时由于载体作用，MOC-16电子激发三重态的寿命从纳秒范畴延长至微秒量级。此外，CZIF载体独特的亲水性促进了H2O作为质子源向Pd催化位点的转移，而具有自由载流子诱导能力以及还原能力的BIH牺牲试剂的加入，显著提高了MOC-16@CZIF的导电性，进一步促进光催化电子转移过程。最终，该MOC-16@CZIF显示出高于均相催化剂50倍的产H2活性 (TOF ~ 0.4 s-1)，同时具有极高的稳定性。

        该研究工作借鉴自然界光合作用，在多个光敏中心多个催化中心产氢器件构筑的基础上，进一步将其植入到金属有机框架材料中，模拟自然界酶催化环境中质子和电子的传输与转移，在有效规避分子基催化剂稳定性差的同时，极大地提高了光催化产氢性能，为人工模拟光催化剂的设计和构筑提供了新的思路。

        相关研究成果发表在知名学术刊物《Journal of the American Chemical Society》 ( Yucheng Luo, Kunlin Chu, Jianying Shi,* Dongjun Wu, Xudong Wang, Marcel Mayor, and  Cheng-Yong Su*. Heterogenization of Photochemical Molecular Devices: Embedding a Metal−Organic Cage into a ZIF-8-Derived Matrix To Promote Proton and Electron Transfer. J. Am. Chem. Soc.2019,141,33, 13057-13065)。

        该研究工作得到了国家自然科学基金、珠江人才计划本土创新团队、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目、中央高校基本科研业务费等项目的资助，以及中山大学生物无机与合成化学教育部重点实验室和Lehn功能材料研究所的大力支持。

        论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b03981

苏成勇，教授、博士生导师，现任中山大学化学与化学工程学院副院长，长江学者特聘教授，“973”项目首席科学家。1968年10月出生于内蒙古。1996年毕业于兰州大学，获博士学位。曾在中山大学、美国南卡罗莱纳大学从事过博士后研究工作，在德国斯图加特大学做洪堡学者，香港中文大学做访问学者。目前主要从事与环境能源材料相关的超分子结构化学与配位超分子化学领域的研究，主持过国家杰出青年基金、973计划、国家自然科学基金（重点、面上、青年）、广东省自然科学基金等多项科研项目。迄今发表SCI收录论文200多篇，包括化学领域国际高水平研究性杂志如J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Chem., Chem. Mater., Chem. Commun. 等，论文被他引或评述4300多次，H指数39。应邀担任国际知名期刊Inorg. Chem. Comm.亚太地区主编，J. Mater. Chem.顾委，《科学通报》、《物理化学学报》、《化学进展》编委，中国晶体学会常务理事。曾获教育部高等学校科学技术奖自然科学奖一等奖（第一完成人，2007年）、广东省自然科学奖二等奖（第三完成人，2000年），2000年获中国化学会青年化学奖，2005年获国家杰出青年科学基金、广东省优秀博士后称号，2008年获广东青年五四奖章，2009年被评为南粤优秀教师，2010年获广东省丁颖科技奖, 2011年获宝刚优秀教师奖。

石建英 （Jianying Shi），女，博士，讲师，物理化学专业。1978年1月出生于山西阳泉。1997.9-2001.7: 山东大学化学院 理学学士学位。2001.9-2007.7: 中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室 物理化学博士学位。研究领域与兴趣：1）半导体光催化材料的合成；2）半导体材料光致发光光谱的表征；3）半导体光催化降解有机污染物和光催化分解水制氢。