Adv. Mater. | 超蕃单分子酶研究新进展—光催化高效高选择性产生过氧化氢

背景：过氧化氢是一种重要的基础化学品，其传统工业制备方法存在能耗高、工艺复杂、选择性受限及环境负担重等问题，难以满足绿色化学和可持续发展的要求。光催化技术因其可在常温常压条件下，仅依赖水、氧气和太阳能实现H2O2合成，被认为是一种极具潜力的绿色替代方案。研究目的：湖南大学何清团队提出并发展了“单分子酶”催化体系，旨在通过构筑具有原子级结构精确定义的离散分子催化单元，模拟天然酶的高效、高选择性催化，实现高效、高选择性的光催化H2O2生产。结论：该研究报道了一类共价有机超蕃笼，作为无金属、离散型光催化剂，实现了超高效率的H2O2生成。其中，通过后修饰“打结”策略得到的SUPE-ptz-2表现出卓越性能，其2e⁻ ORR选择性高达93%，H2O2生成速率达到25,031 μmol g⁻¹ h⁻¹，400 nm处的表观量子效率高达29.19%。系统的机理研究表明，“打结”后的超蕃笼结构显著增强了光捕获能力，抑制了电荷复合，并通过空间限域与位点分工稳定关键反应中间体，从分子层面揭示了其高效、高选择性催化的本质来源。这项工作确立了共价有机笼作为无金属H2O2生成的最佳平台，为下一代光催化剂的设计提供了蓝图。