Angew | 西安交大張明明團隊在單原子調控精準光催化領域取得新進展

導讀

自然界中通過單一原子調控光化學反應的現象廣泛存在，然而在人工光催化劑體系中實現原子級精度的催化選擇性調控仍是該領域的重大挑戰。針對這一難題，西安交通大學材料學院張明明教授團隊創新性地提出通過調控金屬籠中卟啉配體的中心金屬原子種類（Co、Ni、Cu、Zn），利用不同金屬中心d軌道電子分布的差異性，精準調節配體與金屬間的電荷轉移過程，實現從電子轉移到能量傳遞的可控切換，從而在光催化反應中定向生成不同的活性氧物種，最終實現選擇性催化反應。

具體而言，Co卟啉金屬籠憑借Co原子未填滿的3d軌道特性，優先發生配體-金屬電荷轉移過程，主要生成超氧陰離子自由基；而具有全滿3d軌道的Zn卟啉金屬籠則傾向于進行能量傳遞，特異性產生單線態氧；Ni和Cu卟啉金屬籠則展現出介于二者之間的雙重組分特性。這種活性氧物種的差異性生成機制，使得該系列催化劑在α-松油烯的光催化氧化反應中表現出顯著的選擇性差異，分別定向生成對傘花烴或驅蛔萜。值得一提的是，研究團隊還通過金屬卟啉與聚（4-乙烯基吡啶）間的次級配位作用，成功構建了超分子網絡異相光催化體系，大幅提升了催化劑的穩定性和循環使用性能。該研究在金屬籠框架內實現了單原子精度的活性氧路徑調控，為設計新一代自適應光催化系統提供了創新思路，有望拓展至更多高附加值化學品的綠色合成領域。

近日，該研究成果以《單原子調控卟啉基金屬籠中活性氧生成與網絡交聯用于選擇性光催化》（Single-Atom-Modulated Reactive Oxygen Species Generation and Network Crosslinking in Porphyrin-Based Metallacages for Selective Photocatalysis）為題，發表于國際化學領域頂級期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition），并入選熱點論文（Hot Paper）。論文第一作者為材料學院碩士研究生張怡親，通訊作者為張明明教授、李志凱副教授和張澤遠副教授，西安交通大學金屬多孔材料全國重點實驗室為唯一通訊單位。研究工作獲得了金屬多孔材料全國重點實驗室開放基金、國家自然科學基金、陜西省科技創新團隊、化學生物協同物質創制全國重點實驗室開放基金等項目支持，表征測試工作得到西安交通大學分析測試共享中心的協助。

文章鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202525287

張明明教授個人主頁：

https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/mingming.zhang

來源：西安交通大學