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由于環境和經濟性優勢，光解水制氫氣成為近幾十年來備受研究人員關注的問題之一。最常見的光解水體系需要多組分構成：無機化合物如二氧化鈦、金屬有機配合物如Ru(bpy)₃²⁺、有機染料如香豆素等作為光敏劑，紫精作為電子轉移劑，膠體鉑或鉑（II）配合物作為催化劑。但在這類多組分參與的光解水體系中，分子間電子轉移效率不高，電子傳遞過程容易被環境因素淬滅等，這大大影響了體系的產氫效率。同時，光解水體系往往還需要一定量的化學試劑作為電子/空穴犧牲劑，常見的犧牲劑多為亞硫酸鈉、甲醇、四甲基乙二胺（TMEDA）和乙二胺四乙酸鈉（EDTA）等。添加的過量犧牲劑不僅成本高，同時也會對水質和環境產生一定的影響。因此，亟需開發一種高效、環境友好的光解水制氫體系。

前期的研究表明，在光照下一定量的細菌也可以作為犧牲劑來促進苝酰亞胺或紫精的還原。課題組開發了一系列含硫族元素紫精，此類材料具有較窄的能隙、可見光區的吸收和優異的氧化還原性質，使其在可見光分解水產氫領域中可同時作為光敏劑和電子轉移劑使用，大大簡化了可見光催化體系，提高了產氫性能。可以預見，將鉑（II）配合物與含硫族元素紫精相結合，有望將光敏劑、電子轉移劑和催化劑的作用集于一身，實現高效的單組分可見光分解水制氫氣。此外，如果使用細菌作犧牲劑，在可見光照射下不僅可以實現細菌觸發的可見光分解水制氫氣，還可以同時實現抗菌作用。

基于上述考慮，西安交通大學前沿院何剛教授、能動學院何雅玲院士聯合課題組在前期含硫族元素紫精的研究基礎上，將三聯吡啶鉑（II）作為催化中心，通過共價鍵連接在含硫族元素紫精的側鏈上，合成了鉑配位含硫族元素紫精（PtL⁺-EV²⁺，E=S，Se，Te），這類材料具有更強的可見光區吸收，同時實現了單分子的光敏劑、電子轉移劑及催化劑三重作用。鉑配位含硒紫精（PtL⁺-SeV²⁺）產氫量為22.46 μmol，轉換數為58.9，回收率為85%。當使用細菌作犧牲劑時，尤其是使用兼性厭氧細菌，PtL⁺-SeV²⁺可以通過靜電作用靠近細菌表面，在可見光激發下被還原為自由基狀態。這一體系在產氫的同時，細菌在6小時內被完全殺死。細胞和小鼠毒性測試證實這種材料的環境毒性較低，有望應用于真實的水處理中。以實際環境污水為水源，添加一定量的含硒紫精衍生物，在光照條件下此系統就可實現良好的制氫、抗菌和除酸性能。這項工作為解決能源、環境和水資源問題提供了一種簡便易行的方法，具有潛在的社會和經濟價值。

以上研究結果以《鉑(II)修飾含硫族元素紫精用于細菌輔助的光解水制氫》（Bacteria-Triggered Solar Hydrogen Production via Platinum(II) Tethered Chalcogenoviologens）為題發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，西安交通大學助理教授李國平、周琨博士（已畢業）為本論文共同第一作者，西安交通大學為本文唯一通訊作者單位，這也是該團隊在含主族元素紫精研究中的又一重要突破。該項研究工作得到了國家自然科學基金、“能源有序轉化”基礎科學中心項目、學校“青年拔尖人才”計劃、分析測試共享中心等的支持。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202115298

何剛教授課題組主頁：http://gr.xjtu.edu.cn/web/ganghe

參考資料：http://news.xjtu.edu.cn/info/1004/177519.htm