深圳大學米宏偉團隊為了解決有機光催化劑面臨的激子結合能高和結晶度低兩大問題，設計了供體-受體超分子體系。
光催化分解水制氫是解決能源和環境問題最有前景的途徑之一。有機光催化劑通常含有低成本和豐富來源的元素，比傳統金屬基光催化劑更具優勢，從而吸引了研究者極大興趣。
然而，由於有機材料固有的高激子結合能和低結晶度的特性，光生載流子的遷移率和電荷分離效率都很低，導致其量子效率遠低於無機材料。
超分子通過不同的分子自組裝方式形成晶體，具有靈活可調的結構。這使得更容易構建電學和光學性質可調控的光敏超分子材料，從而提高載流子的傳輸、分離以及擴展光響應。
然而，目前報導的超分子光催化劑非常稀少，卟啉、苝二醯亞胺和螢光素要麼金屬成分限制其進一步應用，或能帶位置不適合制氫。
因此，開發高效穩定的無金屬超分子光催化劑用於制氫具有十分重要的意義。
為了解決有機光催化劑面臨的激子結合能高和結晶度低兩大問題，深圳大學米宏偉團隊設計了供體-受體超分子體系。
一方面，供體-受體體系能顯著提高激子解離效率，克服有機分子短的載流子擴散距離的限制。
另一方面，與大多數有機材料不同，超分子具有良好的結晶性，有利於光生載流子的傳輸和分離。
在這項工作中，我們闡明了由分子間氫鍵組裝的供體-受體氰基咔唑類2CzPN超分子比其聚合物具有更好的可見光產氫活性(91.8μmol/h, 20 mg樣品)和更高的量子效率(420 nm達到7.5%)。2CzPN超分子的光催化性能、量子效率和穩定性均明顯優於目前報導的螢光素、H2TPyP、Zn/Sn卟啉、THPP納米棒和納米線等超分子光催化劑。
最重要的是，它的無金屬特性明顯的優於金屬基卟啉超分子。通過XRD、NMR、元素分析和FTIR等表徵對其結構和組成進行了確證，並通過TRPL、SPV、IPCE、光電流和前線軌道計算對電荷分離特性進行了全面考察。2CzPN超分子由於具有更強的供體-受體特性和更高的結晶度，因此比聚合物具有更高的電荷分離效率。
更重要的是，這是氰基咔唑類超分子首次在光催化產氫方面的應用，同時該研究豐富了有機超分子光催化劑的種類。