超分子：超分子凝胶光催化产氢

能源和环境问题已经成为人类进步绕不过去的一个话题，开发新能源和保持环境健康绿色将成为我们面临的新的挑战和机遇。2005-2015年引用率最高的三篇文章全是关于清洁能源——太阳能的利用。这反映了清洁能源已经成为全球化学研究热点中的热点，直接利用太阳能转化为电能无疑是目前最清洁和最有可能持续性的能量来源。为了攻破这个难题，全世界各种领域的大牛们都在前仆后继。在这里超分子顶尖大牛——美国西北大学的Samuel I. Stupp，也率先利用超分子凝胶去光催化产氢来将太阳能转化为化学能。（研究超分子的小伙伴注意了）

Samuel I. Stupp指出在超分子化学中，将各种分子集合到一个软材料中去产生储能燃料是一个十分有趣和有意义的工作，这个概念来源于光合作用细胞器（植物的叶绿体）的内部结构。这个软物质中包含的分子通过利用光来起到光吸收，电荷转移和催化的作用去产生储能燃料。

Samuel I. Stupp团队首先合成了羧酸功能化的带有苝单酰亚胺发色团的两亲分子，然后利用苝单酰亚胺发色团的大的共轭基团的π-π堆积作用和这个分子的两亲性使其在水中自组装变成超分子纳米纤维。将盐和电解质加入到混有这种超分子纤维的水溶液中，让盐将它驱动生成超分子凝胶，电解质中包含了催化剂——[Ni(P2PhN2Ph)2](BF4)2 (Ni P2N2)，超分子凝胶中的纳米纤维带有电荷，能够通过静电作用将催化吸附到纤维的表面，这样整个体系（人工叶绿体）合成出来了。这个体系中苝单酰亚胺发色团吸收太阳光，产生自由电子，因为超分子纤维和催化剂静电吸附的作用，能够很容易的将自由电子转移到催化上去，然后基于镍的催化剂能够催化凝胶中的水产生清洁能源——氢气。

这个体系的优势在软物质中的各个分子能够完美的相互协同，共同发挥作用，很好的还原了细胞内叶绿体的工作原理，这个工作发表在《Nature Chemistry》（Nature Chemistry 2014, 6, 964–970）。

紧接着Samuel I. Stupp对其又进一步研究，他们合成了一系列的不同链长的羧酸功能化的带有苝单酰亚胺发色团的两亲分子，探究了不同链长对这个体系光催化产氢的效率问题，不同链长的分子形成的纳米纤维层间距的不同，使得对光的吸收不同，进而导致其催化剂的效率有所变化。这一成果发表在《J. Am. Chem. Soc. 》（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 15241−15246)。

（本文由 可可西里 投稿）