新闻网讯 近日，我校化学化工学院侯传涛副教授、周鑫教授在金属有机框架（MOFs）调控系间窜越高效产生单线态氧研究领域取得重要进展。相关成果以“Constructing Dinuclear Cd₂-Porphyrin Motifs in Metal–Organic Frameworks to Accelerate Intersystem Crossing for Boosting Photocatalytic Aerobic Oxidation”为题发表于化学领域国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society (DOI:10.1021/jacs.6c15716)。我校为该论文第一完成单位与通讯单位，化学化工学院侯传涛副教授和周鑫教授为共同通讯作者，硕士生赵丹蕙和徐茜为论文的共同第一作者。

单线态氧作为一种温和、绿色且具有强大合成能力的活性氧物种，在化学高选择性转化、光动力治疗等领域具有广泛的应用潜力。然而，在多相系统中实现高效率、高选择性的单线态氧生成是一项巨大挑战。其核心难点在于如何有效抑制光生激子的耗散性电荷分离，并最大化加速单重态-三重态的系间窜越过程。卟啉MOFs作为一种新型晶态多孔材料，被广泛应用于光催化高效单线态氧生成。当前，贵金属（如铂、钯）能通过强烈的重原子效应显著提升金属-卟啉MOFs的系间窜越效率，但高昂的成本限制了其大规模应用；而常见的非贵金属（如锌）卟啉MOFs由于自旋轨道耦合作用较弱，光敏化效率不尽人意。因此，调控自旋轨道耦合效率并探索低成本光敏MOFs成为重要的科学问题。

针对上述难题，研究团队创新性地提出通过调控卟啉中心“金属核数”来主导激子动力学并提升光敏化性能的新策略。该团队通过精准的配体设计和溶剂热调控，成功设计合成并解析了一系列结构精确的Cd-卟啉MOFs材料，分别包含游离碱卟啉（QPF-8）、常规单核Cd-卟啉（QPF-9）以及首例双核Cd₂-卟啉（QPF-10）（QPF, Qingdao University Porphyrin Framework,即青岛大学卟啉框架）。基于该理想的结构演变平台，团队结合飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）、变温荧光光谱与密度泛函理论（DFT）计算等手段，深入剖析了金属核数对光物理性质的内在影响。研究发现，QPF-10中独特的双核Cd₂-卟啉基元不仅诱导了更强的激子限域效应，还显著增强了金属-配体轨道的有效混合，使得S₁–T₁通道的自旋轨道耦合矩阵元大幅提升了近5倍，从而极大加速了体系的系间窜越过程。在光催化应用层面，QPF-10展现出极其优异的光敏化性能，其单线态氧量子产率高达0.68。在1,5-二羟基萘的需氧光氧化反应中，QPF-10的催化活性远超QPF-9以及经典的锌卟啉MOF（PCN-224(Zn)），甚至超越了基于贵金属铂的QPF-1(Pt)。该研究构建了首例具有双核M₂-卟啉的MOF，并阐明了“金属核数”作为金属-卟啉MOFs调控系间窜越的高效策略，为设计开发高效、低成本、高选择性单线态氧的先进光敏材料提供了全新的理论支撑与结构模型。

近年来，研究团队深耕新型晶态卟啉MOFs的设计合成及催化应用，已取得系列重要进展。除本文报道的QPF-8–10外，前期相继开发了QPF-1（Small 2023, 19, 2304771）、QPF-2（J. Mater. Chem. A, 2024, 12, 30685）、QPF-3–5（Inorg. Chem. 2025, 64, 13282）、QPF-11–12（Small, 2026, 22, e73995）等先进光敏材料，逐步构建具有特色的卟啉框架材料体系。