当前位置:首页>农业>暨南大学朱明山/李志&华南农业大学秦俊豪,最新Nature子刊!取代基诱导氧化还原分子有机结助力界面过氧化氢光合成

暨南大学朱明山/李志&华南农业大学秦俊豪,最新Nature子刊!取代基诱导氧化还原分子有机结助力界面过氧化氢光合成

  • 2026-10-27 19:35:04
暨南大学朱明山/李志&华南农业大学秦俊豪,最新Nature子刊!取代基诱导氧化还原分子有机结助力界面过氧化氢光合成
第一作者:李志
通讯作者:朱明山、秦俊豪
通讯单位:暨南大学、华南农业大学
研究背景和意义

本研究针对传统催化剂在复杂氧化还原反应中活性位点空间局限的问题,受自然光合作用启发,设计了一种氟取代共价三嗪框架(CTF-TF-0.5)分子有机结催化剂。

通过调控氟代苯连接体的配位数量,实现了三嗪环氧化与还原位点在空间上的分离。在模拟日光与超声外力作用下,该催化剂于气-液-固三相界面实现了高达4664 µmol g⁻¹ h⁻¹的过氧化氢光合合成速率。机理表明,光生空穴与电子可分别定向迁移至氧化位点(连接两个苯环和一个氟代苯的三嗪)和还原位点(连接一个苯环和两个氟代苯的三嗪),协同驱动水氧化与氧还原的双路径反应。

此外,该体系对含砷矿山废水展现出高效净化能力。本研究为利用分子结催化剂设计多活性位点、提升整体催化效率提供了新策略。

研究要点

要点1. 在分子有机框架中构建了空间分离的氧化-还原位点

通过调控氟取代苯连接体的配位环境,作者在共价三嗪框架(CTF-TF-0.5)中精确设计并实现了氧化位点(N1)与还原位点(N2)在分子骨架上的空间分离。这一创新突破了传统催化剂活性位点单一或相邻的局限,为在原子/分子层面操控复杂的级联氧化还原反应提供了全新策略。

要点2. 开发了气-固-液三相界面高效光合成过氧化氢的双通路协同机制

得益于空间分离的活性位点,该催化剂在超声波(外力)和光照协同作用下,能在气-固-液三相界面同时驱动两个反应:光生空穴在氧化位点通过水氧化反应(WOR)生成H₂O₂,而光生电子在还原位点通过氧还原反应(ORR)生成H₂O₂。这种双通路协同机制实现了高达4664 µmol g⁻¹ h⁻¹的H₂O₂光合速率,性能显著。

要点3. 提出了“分子结催化剂”概念以实现活性位点的精准调控

作者提出了“分子结催化剂”这一设计理念,其核心是通过模块化组装具有不同功能的分子结构单元(如氧化/还原基团),来构建具有多重活性位点的催化剂。这种方法提供了极高的设计灵活性,能够通过调整连接化学和氧化还原中心,在分子水平上精确调控活性位点的空间分布与性质,从而优化催化性能。

图2 具有F取代配位的CTFs中氧化-还原位点的理论模拟

a HOMO和LUMO分布。b CTFs在ORR和WOR反应中的ΔG图。插图中显示了ORR和WOR中的过渡态。

图5 异质界面H₂O₂光合作用及其反应机理

a 使用超声的三相H₂O₂光合作用示意图。b CTFs在不同场景下H₂O₂光合作用的时间曲线。实验条件:催化剂(0.125g L⁻¹)在超声和光照下,T=25°C的水中。c 在三相和两相反应系统中,使用CTF-TF-0.5在60分钟时的H₂O₂合成比较。d CTF-TF-0.5在10小时内的稳定性。e 使用CTF-TF-0.5在真实水样中的H₂O₂合成。f,g 在CTF-TF-0.5/超声/光过程中,ORR(f)和WOR(g)过程中不同自由基的原位EPR谱图及其浓度和寿命。h 提出的反应机理。误差线表示三次测量的标准偏差。

文献链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-026-70959-2

    以上内容,如有误读和纰漏,敬请指正

    往期推荐
      1. 解决世纪争议难题,郑州大学“最硬核团队”重磅Nature: 合成纯相块状六方型金刚石
      2. 院士携手!兰州大学,校史首篇Nature Nanotechnology:飞秒时间尺度上的质子 - 电子时间异步性,实现质子交换膜电解槽用耐腐蚀低铱阳极
      3. 分子筛催化,再发Nature Catalysis!
      4. 南开大学陈军院士,2025年成果汇总
      5. 最新JACS,高稳定负载型 Cu-Ni 稀释合金催化剂实现高效 CO2 重整甲烷
      6. 中科大,最新Nature Chemistry!双原子催化剂!
      7. 杰青联手!华东师范大学关小红/孙远奎&湖南大学王双印,最新Angew:硫掺杂零价铁气凝胶*NO偶联和*H供给协同调控驱动硝酸盐高效电还原成N2
      8. 湖南大学「国家杰青」王双印&中南大学任博华&天津大学杨娜,最新Angew:机器学习揭示有机-金属界面“电子海绵”行为促进CO2电还原C2+生成
      9. 李灿院士领衔!兰州大学李泽龙,最新Angew:NdO强化IrMnOx双位点协同,酸性OER低Ir长寿命!
      10. 韩布兴院士领衔!中科院化学所张裴,最新Angew!温度介导动力学与界面控制以实现浓缩热敏性生物质原料持续电氧化!
      华南地区硕博交流群,文献速递
      请添加小编微信

      如需转载或合作,请联系我们

      联系方式:15715750735(微信同)

      联系邮箱:mon@xueyanhui.com

      1.由于微信修改了推送规则,请大家将催化进展填加为星标,或每次看完后点击页面下端的“在看”,这样可以第一时间收到我们每日的推文!

      2.催化进展现有综合群、电催化交流群、同步辐射交流群、文献交流互助群、各研究领域群等近20余个,欢迎大家加小编微信,我们会尽快拉您进入对应的群。      

      最新文章

      随机文章