化學與材料學院吳濤/袁尚富/王冰哲團隊在 Angew Chem Int Ed發(fā)表研究成果：高還原電位半導體團簇實現(xiàn)可見光驅(qū)動惰性有機底物活化
暨南大學融媒體中心訊 近日，化學與材料學院吳濤/袁尚富/王冰哲團隊在國際化學領域頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表了題為《Semiconductor Cluster with High Reduction Potential and Efficient Charge Transfer Enables Visible-Light-Driven Activation of Inert Organic Substrates》的研究論文。該研究通過半導體團簇材料設計，成功實現(xiàn)了在可見光照射下兼具極高還原電位與高效電荷轉(zhuǎn)移性能的光催化系統(tǒng)，為惰性有機分子的活化與功能化提供了新策略。
光氧化還原催化是有機合成中不可或缺的工具，但其發(fā)展受限于光催化劑在可見光區(qū)難以同時實現(xiàn)熱力學強還原能力與動力學高效電荷轉(zhuǎn)移特性。該研究團隊以金屬硫族超四面體團簇（MCSC）為基礎，通過量子限域效應能級調(diào)控與精確的銅摻雜策略，構建了具有可見光吸收能力的T4-CdCu團簇催化劑（圖1c）。該團簇不僅展現(xiàn)出–2.94 V（vs. SCE）的極高還原電位，還實現(xiàn)了快速的電荷分離與緩慢的電荷重組動力學，符合馬庫斯理論中高效電荷轉(zhuǎn)移的理想條件（圖1b）。
圖1. 光催化劑設計原理與多樣性反應平臺a) 代表性光催化劑與惰性底物的還原電位對比；b) 馬庫斯拋物線示意圖，展示熱力學電位與電荷轉(zhuǎn)移的動力學關系；c) 通過量子限域能級調(diào)控與CT態(tài)構建實現(xiàn)寬禁帶半導體的可見光催化；d) 本工作中惰性芳烴與鹵化物的光催化反應平臺。
研究團隊通過飛秒/納秒瞬態(tài)吸收光譜、電化學測試及理論計算等手段，系統(tǒng)揭示了該團簇的電荷轉(zhuǎn)移機制。Cu+的引入形成了可見光響應的電荷轉(zhuǎn)移（CT）態(tài)，使其在可見光激發(fā)下既可實現(xiàn)高能電子注入，又能實現(xiàn)電子快速分離與緩慢復合（圖1a，d）。該催化劑在多種惰性底物的脫芳構化、C–Cl/C–F鍵還原、芳基化及胺化反應中均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和官能團兼容性（圖1d）。值得一提的是，該催化系統(tǒng)還可用于藥物分子的后期功能化與氘代標記，并成功實現(xiàn)了克級規(guī)模的流動相反應，顯示出良好的實際應用潛力。該研究不僅為設計高性能光催化劑提供了新思路，也為理解光催化中的熱力學與動力學平衡提供了重要參考。
該研究成果近期發(fā)表于《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202509764）。馬浩、韓成坤和劉家星為論文共同第一作者，通訊作者為化學與材料學院王冰哲副教授、袁尚富教授和吳濤教授。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202509764
責編：李偉苗