图 CFA-Zn的结构和通过激发态结构扭曲抑制辐射弛豫过程

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22331009）等资助下，中国科学技术大学江海龙教授团队联合罗毅教授和江俊教授团队在人工光合成研究中取得新进展，相关研究以“金属有机框架中的动态结构扭曲增强光催化全解水（Dynamic structural twist in metal-organic frameworks enhances solar overall water splitting）”为题，于2024年8月12日在线发表在《自然•化学》（Nature Chemistry）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-024-01599-6。

　　光催化全分解水制氢为解决能源和环境问题提供了非常重要的途径。该领域涉及的主要问题是电子和空穴易复合导致光催化过程效率不高。由于电子-空穴的复合过程发生在激发态，如何调控光催化剂的动态结构以稳定激发态下的电子对于延长光生载流子寿命，进而提升光催化全解水反应效率至关重要。

　　针对该问题，上述研究团队受自然光合作用中光合蛋白构象变化的启发，提出了在光催化剂中创造柔性微环境，优化激发态结构，从而抑制激发态电子的辐射弛豫过程。他们设计合成了金属有机框架材料CFA-Zn，其中闭壳层的Zn节点连接两种晶体学不同的有机配体。这两种有机配体分别作为电子供体和受体，激发态的CFA-Zn通过其结构中柔性配体的动态扭曲来降低体系能量，引发了势能面的改变和轨道的重排，造成了辐射弛豫过程的禁阻，抑制了电子和空穴复合，提升了光催化全解水反应的效率。该研究借鉴光合蛋白，利用光催化剂动态结构的调控延长激发态电子寿命，为提升光催化全分解水制氢的效率提供了新途径。