清华大学朱永法/香港大学汤初阳，最新Nature子刊！

传统卟啉共轭发色团催化剂虽具备广谱可见光吸收能力，但其依赖π-π色散力的O₂吸附作用较弱，导致氧还原反应（ORR）动力学受限。此外，增强O₂吸附的常规疏水策略会抑制水氧化半反应活性，形成整体H₂O₂合成的瓶颈。因此，亟需通过自下而上的电子结构设计引入额外相互作用以稳定O₂分子，突破吸附能垒。

图1 O₂分子带电荷互补位点的结构设计

清华大学朱永法、香港大学汤初阳等研究者提出通过电荷互补π电子位点增强过氧化氢光合作用。针对分子氧固有的δ⁻-δ⁺-δ⁻线性电荷分布（长度约2 Å），作者引入咪唑基团作为π电子位点，其δ⁺-δ⁻-δ⁺电荷构型与O₂形成亚原子尺度镜像互补。原位光谱与理论计算表明，咪唑取代基的静电协同π-π色散力使O₂吸附强度提升2.8倍，并促进高能过氧中间体生成。基于此设计的咪唑取代卟啉光催化剂（TIPP）仅以H₂O和O₂为原料，实现1.85%的太阳能-化学能转化效率（SCC）。在规模化水凝胶膜应用中，该体系可连续日产80 L m⁻²的芬顿试剂级H₂O₂溶液。该工作为调控氧光还原位点的静电分布提供了新策略，对克服光催化过程中气体活化速率限制步骤具有指导意义。

图2 咪唑位光催化氧还原反应的过程和途径

Guo, Y., Zhou, Q., Wang, L. et al. Enhanced hydrogen peroxide photosynthesis via charge-complementary π-electron sites. Nat Commun 16, 6297 (2025).

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