大連理工分子水平太陽能轉換研究獲重要進展

    大連理工大學精細化工國家重點實驗室孫立成教授帶領“分子水平太陽能轉換”研究團隊，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理、分子催化劑及光驅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鍵異裂的研究基礎上（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13688）, 將分子內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堿基協(xié)同作用促進C(sp3)−H鍵異裂的新型反應。這一研究結果為設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。相關研究結果以全文的形式發(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鍵科學問題之一。在前期研究工作的基礎上（Energy Environ. Sci., 2014, 7, 329）, 該團隊設計合成了多齒吡啶-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氧，這一研究結果為研發(fā)基于銅的電解水催化劑開創(chuàng)了先例。研究結果發(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氧和還原質子產氫兩個半反應耦合而成。然而水氧化半反應涉及四個電子和四個質子轉移以及O-O鍵的形成，是構建人工光合作用體系的技術瓶頸。傳統(tǒng)的光催化水氧化體系包含捕光和催化兩個組分，團隊的李斐副教授從動力學角度來優(yōu)化組分間的電荷傳遞，提出并構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)高效分子內電子轉移的策略，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，在可見光驅動水氧化中創(chuàng)紀錄的取得了84%（@450 nm）的光量子效率，而相應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化中具有巨大的應用潛力，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），特別是新型有機空穴傳輸材料研究領域也取得了重要研究進展，相關成果近期發(fā)表在Adv. Energy Mater. (2015, DOI: 10.1002/aenm.201500213; 2015, 5, 1402340/1-6), Adv. Mater. (2014, 26, 6629-6634)上.<