我校轻工化工学院何军教授团队在国际顶级期刊《德国应用化学》（Angew.Chem.Int.Ed.，影响因子16.1，中科院一区TOP期刊）发表最新研究成果，创新性地提出一体化光催化剂设计策略，成功实现高效可见光催化全解水这一“圣杯”式化学反应。该突破性工作被遴选为当期封面论文，彰显了研究的创新价值与国际影响力。

受植物光合作用启发，何军教授团队着眼于人工光合系统的关键环节—光催化全解水。该过程通过将水分解为氢气（H₂）和氧气（O₂），为后续二氧化碳（CO₂）还原制备高附加值化学品提供原料。研究通过拓宽光催化剂的光谱响应范围，将太阳能转化效率提升至新高度，为清洁能源转化开辟新路径。

针对传统金属有机框架（MOF）材料存在的光吸收范围窄（主要局限于紫外光区）、需要额外添加光敏剂、牺牲剂或助催化剂等技术瓶颈，研究团队首次构筑出兼具光敏、催化与电荷传输功能的一体化新型MOF材料。该材料在无需添加任何光敏剂、牺牲剂或助催化剂条件下，即可实现可见光驱动的全解水反应，相较于已有体系产氢速率提升超过5倍。

传统MOF材料多通过“配体激发-电荷迁移”的间接LCCT过程实现光生电荷分离和转移，其光吸收主要位于紫外区且电荷分离效率普遍较低。本工作通过理论计算指导的能级工程，突破传统两步式配体-簇电荷转移（LCCT）机理限制，通过分子层面精准设计光敏配体与金属氧簇的能级匹配，成功实现电子从配体最高占据轨道（HOMO）到金属簇最低空轨道（LUMO）的直接LCCT跃迁，使光吸收红移至可见光区。时间分辨光谱与密度泛函理论计算证实，这种直接电荷转移机制显著提升了光生载流子的分离效率。

该研究不仅揭示了直接LCCT机制在光催化中的核心作用，更提出了新型MOF材料的设计策略。通过精准调控配体与金属簇的电子结构匹配度，为开发宽光谱响应、高稳定性的新一代光催化剂提供了理论依据与技术方案，对推进人工光合系统实用化进程具有重要科学意义。

论文的通讯作者为轻工化工学院廖伟名副教授、何军教授，第一作者为2023级博士研究生林洽纯。广东工业大学和榕江实验室为论文的共同完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202423070