大連理工分子水平太陽能轉(zhuǎn)換研究獲重要進(jìn)展

    大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點實驗室孫立成教授帶領(lǐng)“分子水平太陽能轉(zhuǎn)換”研究團(tuán)隊，在從事分子水平太陽能光解水制氫和高效太陽能電池方面的研究中，取得了令國際同行矚目的研究成果，近期在氫化酶模型配合物放氫機(jī)理、分子催化劑及光驅(qū)動催化水氧化超分子組裝體等研究方面取得了一系列突破性的進(jìn)展。

    鐵鐵氫酶是一類具有高效放氫和吸氫功能的重要金屬酶。團(tuán)隊的王梅教授在前期對于鐵鐵氫酶模型配合物溫和條件下催化H−H鍵異裂的研究基礎(chǔ)上（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13688）, 將分子內(nèi)堿基的策略拓展用于C−H鍵活化異裂，發(fā)現(xiàn)了一種以鐵為催化中心與內(nèi)堿基協(xié)同作用促進(jìn)C(sp3)−H鍵異裂的新型反應(yīng)。這一研究結(jié)果為設(shè)計新型基于非貴金屬的Lewis酸-堿分子催化劑，在溫和條件下使C(sp3)−H鍵異裂提供了可行的策略。相關(guān)研究結(jié)果以全文的形式發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. (2014, 136, 16817-16823) 上，被JACS期刊選為“Spotlight Paper”，相關(guān)評述以“Breaking up C and H is now less hard to do”為題發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. (2014, 136, 16698-16699) 上，并且論文被選為該期JACS封面文章。

    高效、穩(wěn)定、廉價的產(chǎn)氫催化劑的研制是實現(xiàn)大規(guī)模電解水和光解水制氫亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。在前期研究工作的基礎(chǔ)上（Energy Environ. Sci., 2014, 7, 329）, 該團(tuán)隊設(shè)計合成了多齒吡啶-胺銅配合物，發(fā)現(xiàn)這類銅配合物是一種雙功能水分解催化劑。在pH 2.5的水溶液中能夠高活性催化酸性水溶液電解產(chǎn)氫，同時該銅配合物還能夠在pH 13的緩沖溶液中催化水氧化產(chǎn)氧，這一研究結(jié)果為研發(fā)基于銅的電解水催化劑開創(chuàng)了先例。研究結(jié)果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. (2014, 53, 13803-13807), 論文被選作Hot Paper.

    太陽能光解水制氫通常由氧化水產(chǎn)氧和還原質(zhì)子產(chǎn)氫兩個半反應(yīng)耦合而成。然而水氧化半反應(yīng)涉及四個電子和四個質(zhì)子轉(zhuǎn)移以及O-O鍵的形成，是構(gòu)建人工光合作用體系的技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)的光催化水氧化體系包含捕光和催化兩個組分，團(tuán)隊的李斐副教授從動力學(xué)角度來優(yōu)化組分間的電荷傳遞，提出并構(gòu)建了光敏劑分子和催化劑分子共價連接的超分子組裝體（molecular assembly），實現(xiàn)高效分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移的策略，通過主-客非共價聯(lián)接的手段使體系穩(wěn)定性得到明顯改善，在可見光驅(qū)動水氧化中創(chuàng)紀(jì)錄的取得了84%（@450 nm）的光量子效率，而相應(yīng)分散體系的光量子效率僅為10%。這一研究成果表明分子催化劑在太陽能轉(zhuǎn)化中具有巨大的應(yīng)用潛力，該工作最近在J. Am. Chem. Soc. (2015, 137, 4332-4335) 雜志上發(fā)表。

    孫立成團(tuán)隊在固態(tài)太陽能電池（如鈣鈦礦太陽能電池），特別是新型有機(jī)空穴傳輸材料研究領(lǐng)域也取得了重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果近期發(fā)表在Adv. Energy Mater. (2015, DOI: 10.1002/aenm.201500213; 2015, 5, 1402340/1-6), Adv. Mater. (2014, 26, 6629-6634)上.<