东北师范大学谭华桥课题组Adv. Funct. Mater.：电荷分离策略促进苯乙炔铜从AIE向高效光催化转化-上海善施科技

新型高效光催化剂的开发与设计是推动光催化迈向实际应用的关键和核心挑战。作为发光材料的后起之秀，聚集诱导发光材料(AIEgens)具有强的光捕获能力、高效的光激发和光能转换效率。这些新颖的光物理特性意味着，如果AIEgens中光生电荷能够被有效分离从而抑制其辐射复合，那么AIEgens将有望成为一种理想的光催化剂。然而，这一设想迄今尚未成功实施。近日，东北师范大学谭华桥教授课题组通过巧妙地选择多炔基配体1,4-二乙炔基苯和1,3-二乙炔基苯分别代替苯乙炔，构建多通道电荷分离，成功地将具有AIE特性的苯乙炔铜(CP-1) 转化为高效光催化剂CP-2P 和CP-2M。其中，CP-2P不仅在光催化硫醚、苯甲醇和苄胺氧化中展现出优异的光催化活性和稳定性，同时可用于大规模太阳光驱动的有机合成。相关研究成果在线发表于Adv. Funct. Mater.（DOI: 10.1002/adfm.202311591）。

电荷分离策略促进苯乙炔铜从AIE向高效光催化转化

合理设计和构筑新型高效的可见光光催化剂是促进光催化技术发展的关键。一般来说，光催化活性主要取决于材料的光吸收效率、载流子分离与传输效率，以及界面反应效率。其中，优异的光捕获和光激发是获得高效光催化过程的前提和基础。这在本质上与优异的光致发光(PL)材料的设计要求一致。换言之，如果光生电荷能够得到有效分离而不是进行辐射复合，那么优异的光致发光材料将有可能转化为优秀的光催化剂。在众多发光材料中，聚集诱导发光材料(AIEgens)是一类新兴的材料。其强的光捕获能力、高效的光激发和光能转换效率使其成为一种理想的光催化剂候选者(图1a)。基于此，本文选择了在铜催化Sonogashira、Glaser和炔烃叠氮环加成反应中具有重要活性和AIE特性的中间体苯乙炔铜(CP-1)作为研究对象(图1b,c)，巧妙地将多炔基配体1,4-二乙炔基苯和1,3-二乙炔基苯分别取代苯乙炔，与铜梯相连，构建多维电荷分离通道，成功制备了两例新型高效的铜炔基金属-有机框架光催化剂CP-2P 和CP-2M (图1d,e)。

在CP-2P的结构中，多炔基配体将一维铜阶梯连接成三维金属有机框架，增大了材料比表面积的同时，极大地抑制了其辐射复合(图2)。同时，由于多个铜炔电荷分离及传输通道的建立，使得CP-2P的电子结构得到了极大改善：CP-2P的能带减小到1.99 eV，相应的吸收带边扩展至623 nm，其电荷传输和分离性能显著增强(图3)，氧分子的吸附和活化性能也随之显著变化 (图4)。光催化实验表明，CP-2P适宜的电子能带结构、拓展的可见光吸收、强劲的激发态电荷传输/分离性能、自发的O₂吸附及特殊的活化过程，极大地抑制了辐射复合，赋予了其高效、稳定的光催化活性。在光催化硫醚、苯甲醇及苄胺氧化中分别表现出超过99%/94%, 99%/99%和99%/99%的转化率/选择性，且可用于大规模太阳光驱动的有机光合成。而CP-1受其结构影响导致明显的AIE特性，电荷分离不充分，结合非自发的O₂吸附和自氧化过程，因此光催化活性和稳定性较低。该研究不仅证实了利用电荷分离策略将传统AIE材料可控转化为高效光催化剂的可行性，同时为新型高效光催化剂的合理设计提供了重要参考。