暨南大学融媒体中心讯 近日，化学与材料学院吴涛/袁尚富/王冰哲团队在国际化学领域顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上发表了题为《Semiconductor Cluster with High Reduction Potential and Efficient Charge Transfer Enables Visible-Light-Driven Activation of Inert Organic Substrates》的研究论文。该研究通过半导体团簇材料设计，成功实现了在可见光照射下兼具极高还原电位与高效电荷转移性能的光催化系统，为惰性有机分子的活化与功能化提供了新策略。

光氧化还原催化是有机合成中不可或缺的工具，但其发展受限于光催化剂在可见光区难以同时实现热力学强还原能力与动力学高效电荷转移特性。该研究团队以金属硫族超四面体团簇（MCSC）为基础，通过量子限域效应能级调控与精确的铜掺杂策略，构建了具有可见光吸收能力的T4-CdCu团簇催化剂（图1c）。该团簇不仅展现出–2.94 V（vs. SCE）的极高还原电位，还实现了快速的电荷分离与缓慢的电荷重组动力学，符合马库斯理论中高效电荷转移的理想条件（图1b）。

图1. 光催化剂设计原理与多样性反应平台a) 代表性光催化剂与惰性底物的还原电位对比；b) 马库斯抛物线示意图，展示热力学电位与电荷转移的动力学关系；c) 通过量子限域能级调控与CT态构建实现宽禁带半导体的可见光催化；d) 本工作中惰性芳烃与卤化物的光催化反应平台。

研究团队通过飞秒/纳秒瞬态吸收光谱、电化学测试及理论计算等手段，系统揭示了该团簇的电荷转移机制。Cu+的引入形成了可见光响应的电荷转移（CT）态，使其在可见光激发下既可实现高能电子注入，又能实现电子快速分离与缓慢复合（图1a，d）。该催化剂在多种惰性底物的脱芳构化、C–Cl/C–F键还原、芳基化及胺化反应中均表现出优异的催化活性和官能团兼容性（图1d）。值得一提的是，该催化系统还可用于药物分子的后期功能化与氘代标记，并成功实现了克级规模的流动相反应，显示出良好的实际应用潜力。该研究不仅为设计高性能光催化剂提供了新思路，也为理解光催化中的热力学与动力学平衡提供了重要参考。

该研究成果近期发表于《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202509764）。马浩、韩成坤和刘家星为论文共同第一作者，通讯作者为化学与材料学院王冰哲副教授、袁尚富教授和吴涛教授。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202509764

责编：李伟苗