天津理工大学材料学院鲁统部

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鲁统部，男，博士，天津理工大学教授，博士生导师。 1993年博士毕业于兰州大学化学系后进入中山大学化学系博士后流动站工作，1995年出站后留校任教。2016年调入天津理工大学工作。先后主持重大新药创制国家科技重大专项、国家杰出青年基金项目、国家基金重点项目及面上项目、广东省自然科学基金团队项目、科技部“973”计划项目子课题等二十多项研究课题。已在包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Chem. Sci., Chem. Commun.等国内外核心杂志上发表论文215篇, 其中SCI收录论文180余篇。获授权中国发明专利21项。发表论文被他引5600余次, H指数43。2005年入选教育部 “新世纪优秀人才支持计划”，2006年获国家杰出青年基金，2009年入选广东省“珠江学者”特聘教授。2012年获国务院特殊津贴。2012年获国家自然科学二等奖（排名第5），2013年获国家自然科学二等奖（排名第3）。2014年入选英国皇家化学会会士（FRSC）。国家自然科学基金委第十三、十四届化学科学部专家评审组成员。现任中国晶体学会理事，天津市化学会副理事长，“新能源材料”创新学科引智基地中方负责人，“材料微结构”教育部国际合作联合实验室主任，CrystEngComm、Current Green Chemistry,  Journal of Crystallography、中国无机分析化学等杂志编委，国际晶体学Acta C杂志共同编辑。

鲁统部  教授
个人简介
办公电话：
电子邮件：36233593
通讯地址：
研究方向: 0805材料科学与工程（05新能源材料与器件）
人才称号
国家杰青、国务院特殊津贴专家、珠江学者、教育部新世纪人才
学术兼职
英国皇家化学会会士，中国晶体学会理事，天津市化学会副理事长，CrystEngComm、Current Green Chemistry、 Journal  of  Crystallography杂志编委，国际晶体学Acta C杂志共同编辑
在研项目：
（1）国家自然科学基金重点项目，新型水氧化催化剂的制备与性质研究，21331007，310万元，2014-2018，在研。
（2）科技部“973”项目子课题，团簇多级结构的构筑与功能调控, 2014CB845602, 104万元，2014-2018，在研。
（3）广东省自然科学基金团队项目，药物结晶化学研究与应用，S2012030006240, 200万元，2012-2017，团队负责人，在研。
（4）广东省战略性新兴产业核心技术攻关项目，新型药物多晶型及晶型质量控制核心技术及产业化，2012-2015，与东阳光药业有限公司联合申报，本人负责经费65万元，在研。
结题项目：
（1）科技部“973”项目子课题，有机分子基框架多孔材料的前沿研究，2012CB821705，235万元，2012-2016，已结题；
(2)“重大新药创制”国家科技重大专项，高生物利用度及稳定性药物晶型的制备与分析技术及产业化应用，2009ZX09501-022, 685万元，2009-2010，已结题；
(3)国家杰出青年基金，功能配合物的构筑与功能研究，20625103, 200万元，2007-2010，已结题；
(4)国家自然科学基金重点项目，大环金属配合物对小分子底物的识别与活化，20831005, 160万元，2009-2012，已结题；
(5)科技部“973”项目子课题，分子基磁性固体的设计与结构调控，2007CB815305，80万元，2007-2011，已结题。
论文、专著
1.A Dinuclear Cobalt Cryptate as a Homogeneous Photocatalyst for Highly Selective and Efficient Visible-Light Driven CO2 Reduction to CO in CH3CN/H2O Solution. Ting Ouyang, Hai-Hua Huang, Jia-Wei Wang, Di-Chang Zhong* and Tong-Bu Lu*. Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 738-743.
2.Photoinduced water oxidation by an organic ligand incorporated into the framework of a stable metal-organic framework. Yun-Nan Gong, Ting Ouyang, Chun-Ting He and Tong-Bu Lu*.Chem. Sci., 2016, 7, 1070-1075.
3. Further Investigation on the Nickel-Based Homogeneous Electrocatalytic Water Oxidation Catalyst with Two cis Labile Sites. Gang-Yi Luo, Hai-Hua Huang, Jia-Wei Wang, and Tong-Bu Lu*. Chem.Sus.Chem, 2016, 9, 485-491.
4.A facile method for the synthesis of a porous cobalt oxide–carbon hybrid as a highly efficient water oxidation catalyst Mei Zhang, Yong-Liang Huang, Jia-Wei Wang and Tong-Bu Lu*. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 1819-1827.
5.Re-Investigation of Water Oxidation Catalyzed by a Dinuclear Cobalt-Polypyridine Complex: Identification of CoOx as a Real Heterogeneous Catalyst. Jia-Wei Wang, Pathik Sahoo, and Tong-Bu Lu*. ACS Catal., 2016, 6, 5062-5068.
6. Molecular recognition and activation by polyaza macrocyclic compounds based on host-guest interactions. Di-Chang Zhong and Tong-Bu Lu*. Chem. Commun., 2016, 52, 10322-10337.
7. Uncovering the Role of Metal Catalysis in Tetrazole Formation by an In Situ Cycloaddition Reaction: An Experimental Approach. Di-Chang Zhong,* Ya-Qiong Wen, Ji-Hua Deng, Xu-Zhong Luo,* Yun-Nan Gong, and Tong-Bu Lu*. Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 11795-11799.
8. Homogeneous Electrocatalytic Water Oxidation at Neutral pH by a Robust Macrocyclic Nickel(II) Complex. Mei Zhang, Ming-Tian Zhang, Cheng Hou, Zhuo-Feng Ke,* and Tong-Bu Lu*. Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 13042-13048.
9.A highly stable dynamic fluorescent metal-organic framework for selective sensing of nitroaromatic explosives. Yun-Nan Gong, Long Jiang and Tong-Bu Lu*.Chem. Commun., 2013, 49, 11113-11115.
10.Photoinduced Catalytic Reaction by a Fluorescent Active Cryptand Containing Anthracene Fragment. Hong-Guo Hao, Xiao-Dan Zheng, and Tong-Bu Lu*.Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 8148-8151.
其他成果（奖励、专利等）
主要荣誉：
（1）金属酶的化学模拟及其构效关系研究，2012年度国家自然科学二等奖（排名第5）。
（2）微纳配位空间的金属-有机超分子组装行为及构效关系，2013年度国家自然科学二等奖（排名第3）。
（3）金属酶模型化合物的结构、生物功能和作用机制研究，2011年度广东省科学技术一等奖（排名第5）。

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4月13日，应煤转化国家重点实验室、院青促会煤化所小组邀请，天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院鲁统部教授来所访问，并做了题为“人工光合作用催化剂的研究”的学术报告。报告会由煤转化国家重点实验室副主任覃勇研究员主持。

　　鲁统部教授在报告中提出，能源短缺和化石能源燃烧引起的雾霾等环境污染问题正成为人类可持续发展面临的主要问题。利用催化剂和太阳能通过人工光合作用将CO2转化为有用的化学燃料或原料是一种十分具有发展前景的能源转换技术。报告中他重点介绍了其开发研制的一种氮杂穴醚双核金属配合物，这种配合物在含水体系和可见光照条件下能够高效和高选择性地将CO2还原为CO，催化剂活性及选择性远高于文献报道的大部分催化剂。

　　报告会后，鲁统部教授参观了煤转化国家重点实验室，并与实验室科研人员进行了互动和交流。

　　鲁统部，天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事光电催化分解水制备清洁氢能源催化剂、二氧化碳还原催化剂、多孔金属有机框架材料制备与能源气体的分离与催化转化等方面的研究。先后承担重大新药创制国家科技重大专项、国家杰出青年基金项目、国家基金重点项目及面上项目等。在国内外核心杂志上发表论文190余篇，发表论文被他引4500余次。

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报告题目：人工光合作用催化剂的研究
报告时间：2018年6月3日早上9:30
报告地点：福州大学嘉锡楼413
报告人：天津理工大学鲁统部教授


光合作用是地球上最重要的化学反应，它不但为人类提供了化石能源，还为地球上的生物提供了氧气和食物来源。但是，光合作用对太阳能的利用效率很低，平均不到1%，无法满足人类快速发展对能源的需求。因此，开发更高太阳能能转化效率的人工光合作用近年来引起人们的广泛关注。人工光合作用的最终目标是在催化剂和光敏剂的作用下，高效利用太阳能将水分解为氢气和氧气，为人类发展提供清洁氢能源。或者利用水氧化放出的电子在催化剂作用下将二氧化碳还原为低价态碳化合物，为人类提供燃料和化工原料，从而实现人工光合作用。而实现人工光合作用的关键是高效、稳定和低成本的催化剂及光敏剂的开发。


人工光合作用催化剂包括均相催化剂如分子和簇合物催化剂等，以及非均相催化剂如各种组成的半导体催化剂等。本报告给出几例光、电催化分解水和二氧化碳还原催化剂的例子。


个人简介：
鲁统部，男，博士，教授，博士生导师。 1993年博士毕业于兰州大学化学系后进入中山大学化学系博士后流动站工作，1995年出站后留校任教。2016年调入天津理工大学工作。先后主持重大新药创制国家科技重大专项、国家杰出青年基金项目、国家基金重点项目及面上项目、广东省自然科学基金团队项目、科技部“973”计划项目子课题等二十多项研究课题。已在包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Chem. Sci., Chem. Commun.等国内外核心杂志上发表论文215篇, 其中SCI收录论文180余篇。获授权中国发明专利21项。发表论文被他引5600余次, H指数43。2005年入选教育部 “新世纪优秀人才支持计划”，2006年获国家杰出青年基金，2009年入选广东省“珠江学者”特聘教授。2012年获国务院特殊津贴。2012年获国家自然科学二等奖（排名第5），2013年获国家自然科学二等奖（排名第3）。2014年入选英国皇家化学会会士（FRSC）。国家自然科学基金委第十三、十四届化学科学部专家评审组成员。现任中国晶体学会理事，天津市化学会副理事长，“新能源材料”创新学科引智基地中方负责人，“材料微结构”教育部国际合作联合实验室主任，CrystEngComm、Current Green Chemistry,  Journal of Crystallography、中国无机分析化学等杂志编委，国际晶体学Acta C杂志共同编辑。

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提高含水反应体系中卤化铅钙钛矿量子点(QDs)的稳定性是其在人工光合作用中的实际应用的关键。近日，天津理工大学鲁统部课题组采用连续沉积法，将低成本的CH3NH3PbI3(MAPbI3)钙钛矿QDs包裹在铁卟啉基MOF PCN-221(Fex)的孔隙中，构建了一系列MAPbI3@PCN-221(Fex) (x = 0~1)复合光催化剂。

得利于PCN-221(Fex)骨架的保护，该复合光催化剂在含水反应体系中表现出良好的稳定性。此外，由于QDs与PCN-221(Fex)中Fe催化位点的紧密接触，且QDs中的光生电子可以迅速转移到Fe催化位点，使得PCN-221(Fex)光催化CO2还原活性显著提高。使用水作为电子源，MAPbI3@PCN-221(Fe0.2)催化剂光催化CO2还原产量可1559 μmol g−1（CO为34%；CH4为66%），是纯PCN-221(Fe0.2)催化剂的38倍。

Li-Yuan Wu, Min Zhang,* Tong-Bu Lu*, etal. Encapsulating Perovskite Quantum Dots in Iron-Based Metal-OrganicFrameworks for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction. Angewandte ChemieInternational Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201904537

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904537

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双原子金属催化剂的可控合成及其协同催化作用研究
批准号        21931007       
学科分类        配位聚合物 ( B010505 )
项目负责人        鲁统部       
依托单位        天津理工大学
资助金额        280.00万元       
项目类别        重点项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2024 年 12 月 31 日

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新能源材料与低碳技术研究院鲁统部教授、卢秀利讲师和上海光源司锐研究员合作，通过在前驱物中同时引入含氧和含氮配体，并与镍离子一起通过高温煅烧，可控合成了具有缺陷位的单原子镍催化剂（Ni-N3-V）。与不含缺陷位的Ni-N4单原子催化剂相比，Ni-N3-V中缺陷位的存在显著提高了其电催化还原CO2为CO的催化活性，在-0.9 V vs RHE下，CO2还原电流密度高达65 mA/cm2，法拉第效率大于90%，并获得目前最高的转化频率1.35×105h-1。理论计算表明，缺陷的引入使Ni-N3-V具有最优的CO2转换为COOH*和CO脱附的自由能，从而促进了CO2的还原。该研究为可控合成具有缺陷位的单原子催化剂开辟了新路径，为进一步优化单原子催化剂的催化性能提供了新思路。

该研究成果以“Control Synthesis of Vacancy-Defect Single-Atom Catalyst for Boosting CO2Electroreduction”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上DOI: 10.1002/ange.201912458；全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/ ... ange.201912458?af=R）。我校2019级直博士生荣鑫与研究院王红娟讲师为论文共同第一作者，卢秀利老师、司锐研究员和鲁统部教授为论文共同通讯作者，天津理工大学为论文第一完成单位。

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利用清洁的太阳能将CO2转化为具有更高附加值的化学品是解决能源危机与环境污染，实现可持续发展的理想方案之一。铅基卤化钙钛矿（LHPs）由于具有优异的光学性质（如易调节的带隙、高吸收系数、长载流子寿命）以及低廉的制备成本等优点，近年来被广泛地应用于光催化CO2还原。然而，相较于传统半导体催化剂，铅基卤化钙钛矿稳定性较差，且具有较强的毒性。其中毒性问题限制了其在光催化领域的商业化应用前景。因此，开发一种稳定性较好且毒性小的非铅卤化钙钛矿催化剂是解决这个问题的有效策略。针对此问题，直接有效的解决方案就是寻找一种合适的金属，如锡、铋、锑和锑来替代铅，制备非铅卤化钙钛矿。在这些非铅钙钛矿中，与LHPs相比，铋基卤化钙钛矿因其低毒性和高稳定性受到越来越多的关注。然而，美中不足的是，相对于LHPs，铋基卤化钙钛矿表现出更大的激子结合能和更深的缺陷能级，不利于光生载流子的分离。因此，需要寻找有效的方法来提高非铅卤化钙钛矿的电荷分离效率，从而提升其光催化活性。

        针对这一问题，中国天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院张敏和鲁统部教授研究团队以Bi2WO6超薄纳米片为基底，通过共享Bi原子的策略原位生长了Cs3Bi2I9非铅钙钛矿纳米晶，构建了Cs3Bi2I9/Bi2WO6异质结。他们通过XPS、原位XPS以及瞬态光电流测试证实了Cs3Bi2I9与Bi2WO6两种半导体之间的电子转移方向符合Z型异质结的转移机制。通过共享Bi原子可以有效地促进两种半导体之间光生载流子的转移，从而提升其光生电子和空穴的分离效率。此外，通过构建直接Z型异质结使两种半导体的氧化还原能力得到了很好的保持。因此，相对于纯Cs3Bi2I9，Cs3Bi2I9/Bi2WO6异质结表现出显著增强的光催化CO2还原活性。该工作为提高非铅卤化钙钛矿光催化CO2还原活性提供了一种行之有效的策略，将进一步推动非铅卤化钙钛矿在光催化领域的应用。相关结果发表在Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.202000691）上。

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过渡使用化石燃料产生大量二氧化碳（CO2）已造成全球变暖、海平面升高等一系列环境问题。利用太阳能驱动的人工光合作用将CO2转化为高附加值的碳氢燃料等化学能源被认为是解决能源危机和环境问题的重要途径之一。然而，由于CO2分子的高稳定性和复杂的多电子反应过程，其在温和条件下的高效活化和转化是化学领域最具挑战性的科学难题之一。因此，开发高效和稳定的CO2人工光还原催化剂迫在眉睫。众所周知，原子级分散金属催化剂因其高原子利用率，已在多种类型的反应中展现出优异的性能。金属有机骨架（MOFs）材料一类由金属离子/簇和有机配体连接形成的多孔晶体材料，由于其结构明确、灵活可修饰剪裁性等诸多优势，已被证明是制备原子级分散金属催化剂的重要前驱体。此外，聚合物氮化碳（g-C3N4）不仅含有众多氮原子，为稳定原子级分散金属提供丰富的负载位点，而且具有优异的可见光响应能力、可调的电子结构、无毒性、稳定性等特点，在光催化领域显示出广阔的应用前景。但是，利用简单通用的合成策略实现原子级分散金属负载到g-C3N4表面提升光催化性能仍然面临巨大挑战。

       作者利用共热解策略，一步将原子级分散的金属负载到g-C3N4，制备了基于g-C3N4的高效CO2还原光催化剂。具体的实验操作是：将尿素和MOF混合物在空气氛围550度条件下煅烧4小时，在g-C3N4形成过程中，MOF热解产生的金属原子（Fe、Co、Mn）高分散负载到g-C3N4表面，形成了基于g-C3N4的单原子催化剂。
        天津理工大学鲁统部教授团队报道了一步将原子级分散的金属负载到g-C3N4，制备基于g-C3N4单原子催化剂的策略。通过使用不同量的钴基MOFs和一定量的尿素热解制备了一系列原子级分散Co-g-C3N4催化剂（X-Co-C3N4；X = 10，15，20，25， 30 和35毫克，代表MOF用量）。基于这种简单的合成策略，作者还制备了原子级分散Fe-和Mn-g-C3N4催化剂。光催化CO2还原结果表明，在不添加贵金属共催化剂和光敏剂前提下，25-Co-C3N4可高效光催化还原CO2为CO，其生成速率为394.4 μmol•g-1•h-1，约为纯g-C3N4（4.9 mol•g-1•h-1）的80倍。基于CO2吸附、光电流、电化学阻抗谱和时间分辨荧光光谱测试等手段证实了将原子级分散Co负载到g-C3N4后，不仅增加了CO2捕获能力，而且促进光生电子-空穴对的有效分离，解释了其活性的提高。


        文章信息：Yun-Nan Gong, Bi-Zhu Shao, Jian-Hua Mei, Wei Yang, Di-Chang Zhong*, and Tong-Bu Lu. Facile synthesis of C3N4-supported metal catalysts for efficient CO2 photoreduction. Nano  Research 2021, https://doi.org/10.1007/s12274-021-3519-4.

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太阳能驱动的光催化技术为降低化石能源依赖以及减少二氧化碳排放提供了一条有效途径。其中，氧气分子（O2）的光催化活化在众多有机反应中扮演着关键角色。因此，开发高效的光催化O2活化体系具有重要意义。然而，在大多数情况下，O2活化后会形成多种活性氧物种（ROS），这些ROS具有不同的活性、氧化能力以及产生机制，降低有机反应的效率和产物选择性。此外，目前的光催化材料还存在光生电子-空穴易复合、载流子迁移速率低以及缺少O2吸附活化位点等问题，大大制约了光催化O2活化的效率。通过调控光生载流子的动力学行为以及催化剂与O2分子之间的电子/能量传递过程，实现高效高选择性的氧气分子活化，是一项极具挑战性的工作。

       通过简单的水热法制备了二维BiOBr纳米片，并进一步地利用还原气氛热处理以及浸渍沉积法，得到了含有氧空位的BiOBr纳米片（BiOBrOV）和负载Fe位点的含氧空位BiOBr纳米片（BiOBrOV-Fe）。在此基础上，探究三种催化剂的光催化O2活化性能。结合时间分辨发光光谱、低温磷光光谱、电子顺磁共振以及X射线光电子能谱等手段揭示不同催化剂之间光催化O2活化性能差异的原因。
       天津理工大学鲁统部教授和李宇助理研究员利用缺陷工程以及表面修饰的方法，成功制备了负载Fe位点的富氧空位BiOBr纳米片（BiOBrOV-Fe），能够在光照下高选择性地将O2活化为1O2，并且在光催化苄胺和硫醚氧化中展现出接近100%的转化率和选择性。通过光电流响应、开路电压衰减、时间分辨发光光谱等手段证实了BiOBrOV-Fe中的氧空位（OV）和Fe位点能够促进光生电子-空穴的分离，延长光生载流子的寿命，并且加快光生载流子的迁移。电子顺磁共振结果显示， BiOBrOV能够活化O2产生超氧阴离子自由基（O2•–）和1O2两种ROS，而负载Fe 位点后，仅有1O2产生，且产量显著提升。低温稳态/时间分辨磷光光谱以及黑暗/光照下的电子顺磁共振、X射线光电子能谱等表征进一步表明，负载的Fe位点能够提高激发三重态的量子产率，并且通过Fe3+→Fe2+→Fe3+的循环转变，加快激发三重态向吸附的基态O2的能量传递，极大提升了1O2的选择性和生成速率。
       文章信息:Xinhui Ye, Yu Li*, Peipei Luo, Bingcai He, Xinxing Cao & Tongbu Lu*. Iron sites on defective BiOBr nanosheets: Tailoring the molecular oxygen activation for enhanced photocatalytic organic synthesis. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3695-2.

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新能源研究院党支部在学校学院党委坚强领导下，围绕中心抓党建、促科研、谋发展，强化党建引领，推进科研攻关，积极发挥党支部战斗堡垒作用和党员的先锋模范作用。高质量党建引领高质量发展，在党支部的引领下，研究院持续涌现新成果，展现新业绩。
        近日，天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院鲁统部&张志明教授团队在国际著名期刊《美国科学院院刊》(PNAS)发表题为“Broadband and strong visible-light-absorbing cuprous sensitizers for boosting photosynthesis”的论文。

        顺应国家碳达峰、碳中和战略，发展高效、廉价的太阳能转换体系具有重要意义。然而，传统分子光催化体系主要依赖于钌、铱等贵金属光敏剂，且现有非贵金属配合物敏化能力无法与贵金属光敏剂相媲美，因此如何开发高效非贵金属配合物替代传统贵金属光敏剂是当前面临的重要挑战。铜配合物是当前使用最广泛的非贵金属光敏剂之一，然而其存在激发态寿命短、可见光吸收能力弱、光稳定性差等局限，严重限制了高效太阳能转换。我们基于共振能量转移策略，将多个不同吸收波长发色团与配位中心柔性耦合，制备出首例具有宽谱带、强可见光吸收和长激发态寿命的铜基光敏剂（Cu-3），实现高效的能量转移和电子转移类型光催化反应。其中，将Cu-3用于光氧化廉价1,5二羟基萘制备高附加值胡桃醌，反应速率常数（Kobs）高达190.8 × 10-3 min-1，是经典贵金属光敏剂[Ru(bpy)₃]2⁺的30倍以上。在原子转移自由基加成反应中，以Cu-3为光催化剂，10 h产率可达97.7%，显著优于贵金属光敏剂（Ru(bpy)₃2⁺和Ir(ppy)₃⁺）。这项工作为构建具有宽谱带、强可见吸收和长激发态寿命的高效非贵金属光敏剂提供了重要科学借鉴。
      【论文信息】Chen, K. K.; Qin, C. C.; Ding, M. J.; Guo, S.; Lu, T. B.; Zhang, Z. M. Broadband and strong visible-light-absorbing cuprous sensitizers for boosting photosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2022, 119, e2213479119. 论文第一作者：陈凯凯博士，秦朝朝博士，丁梦洁；通讯作者：郭颂副研究员，张志明教授
       【论文链接】https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2213479119