中大新闻网讯（通讯员明媚）近一百年来，化石燃料的过渡开采和消耗导致全球二氧化碳含量快速升高，如何有效发展清洁能源缓解可能存在的环境问题，早日实现双碳目标，是目前科研工作者面临的艰巨任务之一。基于对自然界中光合作用系统的认知，科研工作者构建了人工光合系统，通过人工光合系统将太阳能转化为清洁能源是获取可再生能源的一种有效策略。在到达地球表面的太阳光谱中，280–600 nm的光子不到20%，因此，开发使用长波长的阳光对提高太阳能的利用率具有重要的研究意义。
在光合作用中，红光驱动光催化质子还原是能量转换的关键步骤。然而，目前长波长产氢体系的研究主要集中在贵金属，且催化效率仍旧没有突破性的进展。当前主要任务在于：1. 开发长波长具有优异吸收、光生电子和电子转移效率高的光敏剂；2. 具有高效廉价的的非贵金属催化剂；3. 体系能与其它氧化体系更好的结合。蒽醌类光敏剂是最古老的染料之一，自然界含量丰富、氧化还原性能稳定、波长调控性强、制备简单，是本课题组近年来的一个研究重点。
图1 光催化产氢体系
近日，中山大学化学学院韩治际教授课题组报道了一种蒽醌有机染料用于红光下催化产氢体系（图1）。在该体系利用低成本的蒽醌染料作为光敏剂，非贵金属钴配合物为催化剂，在红光条件下，稳定性高达168小时（主要受限于溶液中的电子供体完全消耗），其催化转化次数可达78万，转化频率超过7000次每小时，量子效率超过30%，是目前已报道最好的红光人工光合产氢体系（图2）。通过机理研究表明，光敏剂（DAHA）独特的激发态、稳定的氧化还原性质及超快的光生电子和电子转移速率是体系获得高效率和稳定性的关键。产氢的原理是：染料吸收太阳能后，其三重激发态被还原和质子化，形成的物种有效地还原钴催化剂，逐步形成CoI、CoIII-H、CoII-H 等中间体，最后与质子反应产生氢气（图3）。该项工作为开发利用全太阳光谱进行各类光催化反应提供了一条新思路。
图2 蒽醌染料在红光下催化产氢的数据
图3 光催化产氢的催化机理
相关成果以 “Efficient Red-Light-Driven Hydrogen Evolution with an Anthraquinone Organic Dye” 为题发表于Journal of the American Chemical Society。韩治际教授为通讯作者，化学学院2019级博士生明媚为第一作者。
