科学网—AMR Account｜中南大学喻桂朋-斯德哥尔摩大学袁家寅：共轭多孔聚合物精细调控及其光催化有机合成应用-材料研究述评（英文）的博文
精选
已有 338 次阅读
2025-11-21 08:42
| 个人分类: AMR Account | 系统分类: 论文交流
近日，中南大学喻桂朋教授和瑞典斯德哥尔摩大学袁家寅教授团队的 AMR 述评文章“Regulating Light Absorption, Charge Orientation, and Oxygen Activation of Conjugated Porous Polymers for Photocatalytic Organic Synthesis ”在线发表，介绍了他们近几年在共轭多孔聚合物（CPPs）精细调控及其有机光化学合成方面的工作，总结了CPPs在驱动光合成研究中面临的挑战和新对策，展望了未来CPP半导体催化剂在催化转化等领域可能取得的新突破。
关键词： 共轭多孔聚合物、光催化、有机转换
原文提要：“Our efforts cover three key aspects, i.e., enhancing visible-light absorption via conjugation extension and bandgap modulation, driving directional charge separation via donor-acceptor alignment and internal polarity, and optimizing local electronic microenvironment at reactive sites to dictate oxygen-active species. These efforts guide us successfully to CPPs-based systems achieving efficient and selective photocatalytic synthesis of organic molecules under visible light.”
01
文章内容简介
共轭多孔聚合物（CPPs）作为一种新兴的多孔有机半导体材料，凭借其可调的分子结构、稳定的多孔框架以及优异的光电性能，正成为光催化有机合成领域的明星材料。
近期，中南大学喻桂朋教授联合瑞典斯德哥尔摩大学袁家寅教授总结介绍了他们近几年在CPPs精细调控及其有机光化学合成方面的工作。团队聚焦三嗪、庚嗪和咔唑基共轭多孔聚合物，通过对分子骨架“调色”，拓宽光吸收范围、提升光利用效率；在CPPs骨架中构建“电子高速公路”，驱动电荷定向传输；针对药物分子和大宗化学品的选择性合成，定制催化反应微环境，精准调控反应过程活性氧物种。最后总结了CPPs在驱动光合成研究中面临的挑战，提出多元仿生催化微环境构筑、强化孔道限域效应、高端表征与理论模拟结合、手性药物和大宗化学品绿色合成、多尺度过程协同调控等新策略，并展望了未来CPP半导体催化剂在催化转化等领域可能取得的新突破。
这项研究工作系统阐述了通过分子结构设计来协同调控CPPs光吸收、电荷分离与氧活化性能的策略，建立了清晰的结构-性能关系，更为开发新一代高效、稳定、无毒的金-非属光催化剂提供了坚实的理论基础和设计范式。随着研究的不断深入，CPPs有望在可持续化学合成和能源转化领域扮演越来越重要的角色，为实现“双碳”目标提供有力的科技支撑。
图1. 用于光催化有机合成的功能化CPPs的示意图
02
AMR ：您为何选择这个特定的研究领域？
作者团队：
选择专注于共轭多孔聚合物（CPPs）用于光催化有机合成这一领域，核心动因在于其分子级可设计性为解决光催化领域的长期挑战提供了理想平台。传统的光催化材料往往难以在宽光谱吸光、高效电荷分离传输及精准调控反应路径之间实现协同优化，而CPPs的模块化特性允许我们像组装精密仪器一样，从分子工程角度系统破解这些难题：通过扩展π共轭和引入光敏单元来定制光吸收范围；通过构建给体-受体结构和诱导骨架极化来调控电荷定向传输的“高速公路”；更重要的是，其固有的多孔性为创造独特的纳米反应空间提供了可能，通过对孔道微环境的精确修饰，能够巧妙地调控活性氧物种的生成与反应路径，从而最终实现高效、高选择性的有机转化。这一从分子结构到宏观性能的精准调控能力，不仅为开发绿色、可持续的合成方法提供了强大工具，也极大地深化了对多相光催化过程本质的理解。
03
AMR ： 在你看来，这个领域最热门/最有
争议/最值得探讨的话题是什么？
作者团队：
当前CPPs光催化领域最值得探讨的前沿话题，是如何将孔道的功能从静态的限域孔道反应场所升级为能动态识别、预组织、稳定反应物与中间体的智能化仿生催化界面。这一方向的核心在于超越对孔道尺寸和比表面积的常规优化，转而致力于精准调控孔道的化学微环境（如官能团、极性、静电分布），使其能像酶活性中心一样，通过多重非共价相互作用对反应物进行预组织以降低反应能垒、对高活性中间体进行选择性稳定以抑制副反应，甚至通过孔壁与过渡态的互补设计来显著降低决速步的活化能。例如，我们报道的通过引入氟原子形成“构象锁”来调控活性氧物种的选择性，正是这种思路的初步体现。它不再是简单的物理限域，而是在原子级别编辑孔道的化学性质，从而实现对反应路径的主动引导。
未来的研究将更加侧重于利用孔道实现对反应路径的全流程精细调控，其关键在于理解并应用孔道与反应物种之间动态的主客体相互作用，从而最终实现接近酶催化效率与选择性的人工光合作用。
作者团队简介
高柱 ，西南交通大学化学学院助理教授。2024年于中南大学获得化学博士学位，同年加入西南交通大学，硕士生导师。共发表文章20余篇，其中以第一作者或通讯作者在 Angew. Chem. Int. Ed. 等期刊发表论文10余篇。研究方向包括多孔框架材料的设计及其在光催化和吸附方向的应用。
李思哲 ，香港大学化学系博士后。2021年获中南大学硕士学位，2025年毕业于复旦大学获博士学位。在 J. Am. Chem. Soc. ， Angew. Chem. Int. Ed. 等期刊发表论文10余篇。主要研究方向为共轭多孔聚合物分子结构设计及其光催化有机转化应用。
喻桂朋 ，中南大学教授、博士生导师，国家高层次青年人才，担任中国化学会会员/中国化工学会会员/美国化学会会员，德国马普研究所胶体界面系访问学者，中南大学功能多孔聚合物研究团队负责人。近5年来，以第一作者或通讯作者在 J. Am. Chem. Soc. , Angew. Chem. , ACS Catal. , Chem. Sci. 等国际权威刊物发表研究论文120余篇。其中，ESI学科全球高被引论文11篇，热点论文3篇，论文被引5900余次，h指数46。
唐俊涛 ，中南大学副教授、硕士生导师，在POPs的可控制备及定向组装、多层次结构和功能特性（吸附分离、光催化）的构效关系方面取得了一些研究成果。近五年承担国家自然科学基金、湖南省市联合基金及企业委托横向等项目。以第一作者或通讯作者在 J. Am. Chem. Soc. , Angew. Chem. , Adv. Mater. , Macromolecules 等国际权威刊物发表SCI论文四十余篇，论文他引次数5500 余次，H指数为32。
袁家寅 ，斯德哥尔摩大学材料与环境化学系教授。于1998至2002年在上海交通大学攻读化学专业。之后前往德国波茨坦大学，2004年获得硕士学位，2009年获得博士学位。随后，加入德国马克斯·普朗克胶体与界面研究所，担任group leader。2017年，被任命为美国克拉克森大学副教授。2018年，成为斯德哥尔摩大学的瓦伦堡学院研究员，2019年起担任材料化学教授。2021年，担任斯德哥尔摩大学材料系主任。研究方向为功能聚合物和碳材料在可持续发展方面的基础研究和应用。
扫码阅读喻桂朋教授和袁家寅教授合作的精彩Account文章：
Regulating Light Absorption, Charge Orientation, and Oxygen Activation of Conjugated Porous Polymers for Photocatalytic Organic Synthesis
Zhu Gao, Sizhe Li, Juntao Tang, Jiayin Yuan*, and Guipeng Yu*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00230
投稿指南 目前Accounts of Materials Research的投稿主要基于编辑团队的邀请。如您有意投稿，请先按照Author Guidelines的要求准备并投递proposal， 编辑团队会对您的proposal进行评审。如果proposal被接受，我们将向您发送投稿邀请。扫码阅读作者指南，下载proposal form：
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自材料研究述评（英文）科学网博客。 链接地址： https://blog.sciencenet.cn/blog-3529677-1511111.html
上一篇： AMR Account｜清华大学陈晨教授与彭卿教授团队: 精准到原子尺度：光催化剂设计与应用的最新进展