具有中断类沸石结构的硫族半导体材料：原子尺度的精确掺杂及其光电响应

氧化物沸石分子筛在石油化工精炼行业承担着非常重要的角色，这极大刺激了无机化学合成领域工作者对于此类材料设计合成及催化性能改性等方面的研究兴趣。然而，不同于绝缘性的氧化物微孔材料，具有类沸石结构和半导体特性的金属硫族化合物却一直未能取得显著进展。事实上，这种将半导体光电响应特性与孔洞性结合的晶态微孔材料可作为潜在的具有较大比表面积的光电极材料或光催化材料，是对传统氧化物沸石分子筛功能性的重要拓展。

苏州大学吴涛教授团队和清华大学刘洋副教授团队合作研究报道了一例新型的具有中断(interrupted)类沸石结构的金属硫族半导体材料(命名为CSZ-5-InSe，CSZ是Chalcogenide-Based Semiconductor Zeolites首字母简写)，探究了此例开放骨架半导体材料在原子尺度上的精确掺杂行为、光电响应性能以及氧还原电催化性能，明确了中断结构上的特殊位点与电催化性能间的紧密关系。

CSZ-5-InSe展现出全新的类方硼石拓扑结构，是第一例具有中断结构的金属硫族类沸石半导体材料。特殊的中断结构使主体开放骨架保有特殊的In(III)金属位点。这些特殊位点上的金属离子可通过原位掺杂手段被Bi(III)离子精确掺杂，从而形成CSZ-5-InBiSe掺杂材料。研究表明，这种特殊位点的原子精确掺杂对初始框架材料的氧还原电催化活性以及光电响应性能产生显著影响。一方面，CSZ-5-InSe材料与常规In-Se化合物相比表现出优异的氧还原电催化活性；另一方面，Bi(III)精确掺杂对主体框架材料实现了电化学性能和光电化学性能的双重调控。这些研究结果相互支撑，充分表明中断结构中特殊位点是该类沸石材料的电催化活性中心。

该项研究成果拓展了类沸石半导体材料的结构类型，同时提升了目标性创造具有特殊位点半导体多孔材料的研究兴趣，并为特殊位点精确掺杂行为和光电行为的研究提供了借鉴思路。另外，这种针对中断结构分子筛特殊位点的研究思路与策略还可拓展到其它具有中断结构的氧化物分子筛体系。

这一研究成果发表于《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201500659/full