暨南大学陆伟刚/李丹教授团队：多孔有机聚合物局部极化调节电荷分离效率

光催化需氧反应很大程度上取决于电荷分离效率和活性氧物种（ROS）的生成效率。多孔材料的极化工程能够有效调控框架的光电性能，有助于进一步阐明多孔材料结构本身与电荷分离效率之间的构效关系。暨南大学陆伟刚教授/李丹教授团队在多孔有机聚合物（POP）的合成过程中，用极性的呋喃/噻吩单元替换非极性的苯环单元来促进电荷分离和ROS生成效率。受益于框架局部极化的增加，含噻吩的POP（JNU-218）在光照条件下的电荷分离效率明显提高，在需氧反应中表现出最好的光催化性能，其收率远高于含呋喃的POP（JNU-217）和含苯的POP(JNU-216)。这项工作为高性能非均相光催化剂在分子层面设计提供了新思路。

随着经济的持续增长，全球能源危机和环境问题日益突出。煤炭、石油、天然气等传统能源面临枯竭，对其过渡依赖已经不能满足现代社会对绿色和可持续发展的要求。太阳能是一种清洁、可再生的能源，取之不尽、用之不竭。太阳能的高效利用，不仅能够减缓能源危机和环境问题，还可以将太阳能作为一种低成本、绿色清洁的能量来源，利用光催化剂实现太阳能-化学能的转化，为传统的化学反应和化工生产提供更为经济、环保的解决方案。

可见光驱动下的有机转化，是一种太阳能转化为化学能的有效途径，为生产有价值的有机化合物提供了一种环境友好且可持续的方法。分子氧（O₂）作为一种经济且丰富的氧化剂在有机合成中越来越受到关注。例如，强烈吸收可见光并产生电子-空穴对的光催化剂可能通过单电子转移（SET）和能量转移（ET）过程将O₂转化为活性氧物种（ROS），并且所得到的ROS进一步与底物分子相互作用以促进在热条件下难以实现的氧化反应。

最近，暨南大学陆伟刚/李丹教授课题组对多孔有机聚合物（POP）框架局部极化及其对光电性能的影响进行研究，将一系列具有不同极性的单体通过缩合反应构筑到POP框架中。实验研究和理论计算表明框架局部极化可以降低激子的结合能，有利于电子和空穴的分离以及ROS的生成效率。作者将这几种材料应用于苄胺和硫醚的氧化反应，实验结果表明局部极化工程的确可以提高催化反应效率，而且材料可以循环多次使用。

论文第一作者为暨南大学化学与材料学院2021级博士研究生吴坤和2021级硕士研究生程佩雯，通讯作者为暨南大学化学与材料学院陆伟刚教授和李丹教授。详见： Kun Wu†, Pei-Wen Cheng†, Xin-Yi Liu, Ji Zheng, Xiao-Wei Zhu, Mo Xie, PuxinWeng, Weigang Lu*, Dan Li*. Polarization engineering in porous organic polymers for charge separation efficiency and its applications in photocatalytic aerobic oxidations. Sci. China Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-023-1820-5.

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【通讯作者简介】

陆伟刚，暨南大学化学与材料学院教授、博士生导师。2012年至2015年，美国德州农工大学助理研究科学家；2016年至2018年，美国费耶维尔州立大学研究科学家；2018年7月加盟暨南大学。主要从事金属-有机框架材料和有机多孔材料在超分子主客体化学方面的研究工作，至今已在Nature、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际著名期刊上发表学术论文110余篇，论文引用超过10000次。

李丹，暨南大学超分子配位化学研究所所长、教授、博士生导师。从事超分子配位化学的研究工作，为合成技术、材料创新和晶体工程积累了实践经验及理论基础。国家杰出青年基金获得者（2008年），英国皇家化学会会士（FRSC，2014年），中国化学会首批高级会员（2020年）。主持国家自然科学基金原创探索计划项目、国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目和国家973计划（课题组长）等。在国际权威学术刊物如Nature、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等发表学术论文330余篇。

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