日前，中国科学院上海有机化学研究所研究团队，在人工光合组装体研究领域取得进展。研究团队成功构建了一类新型纳米带状含氟BODIPY组装体，实现了1150μmol·g−1·h−1的高光催化制氢速率，并表现出优异的稳定性和可回收性。
光合生物在长期进化过程中形成了较好的光捕获系统。其中，绿小体是由数千个细菌叶绿素分子组成的独特天线系统，这些分子在没有蛋白质支架辅助的情况下，自组装成高度有序的阵列，实现了近100%的能量转移效率。受这一结构启发，研究团队设计了两亲性含氟BODIPY类似物（PBAF）分子，通过自组装，在无蛋白骨架条件下构建出超分子纳米带多级光合组装体，并在不添加金属催化剂的情况下，成功实现光催化制氢功能。
研究团队引入了全氟烷基链，通过氟—氟相互作用驱动紧密的分子堆积，增强了光捕获阵列的天线效应，提升了组装体的结构稳定性。研究发现，氟诱导的紧密分子堆积可促进电荷分离与离域，稳定自由基中间体，实现关键PyH•物种的直接观测，且其寿命可达5ns以上，促进了自由基偶联产氢过程。此外，电荷分离态表现出较慢的弛豫速率（2.2×109s−1），为催化反应提供了充足的时间窗口。
该研究模拟了天然绿小体复合物的核心结构特征，揭示了阵列增强光催化机理，并提出了合理设计策略，为构建高性能仿生人工光合系统与太阳能燃料合成体系提供了重要的结构基础和机理研究思路。
相关研究成果发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院、上海市的支持。
仿绿小体含氟BODIPY纳米带光合组装体的制备与制氢示意图
