圖 A. MOC-16@CZIF光催化產氫反應中質子轉移和電子傳遞過程示意圖；B. 基於Pd催化中心的積累TON和TOF值（可見光照射，l> 420 nm；光強：100 mW/cm2）
在國家自然科學基金項目（批准號：21875293, 21821003, 21890380, 21720102007）資助下，中山大學石建英等在團簇基能源光催化領域取得重要進展。研究成果以「Heterogenization of Photochemical Molecular Devices: Embedding a Metal-Organic Cage into a ZIF-8-Derived Matrix To Promote Proton and Electron Transfer」（光化學分子基催化劑多相化：金屬有機分子籠植入ZIF-8衍生主體促進質子和電子轉移過程）為題，於2019年7月25日發表在Journal of the American Chemical Society（《美國化學會志》）上。
人工模擬光合作用，利用太陽能在催化劑作用下分解水製取氫氣，是實現太陽能轉化為清潔化學能的理想途徑。均相分子基光催化劑具有活性金屬利用率高、催化劑結構和活性可調配性強，以及催化反應機理容易研究等優點；然而，光照條件下分子基催化劑的穩定性嚴重製約了分子基催化劑的應用。
多孔載體負載是實現分子基催化劑多相化，提高其穩定性的有效策略。2018年，石建英在前期研究中發展了金納米糰簇在金屬有機框架載體內的可控組裝策略（Adv Mater, 2018, 30, 1704576）；在此基礎上，將課題組早期發展的具有多個空間相互獨立、功能相互等價的電子轉移和能量傳輸通道的多核金屬簇催化劑[Pd6(RuL3)8]28+(MOC-16)（Nat Commun, 2016, 7, 13169）成功植入到ZIF-8主體內，進一步將ZIF-8轉化為Znx(MeIm)x(CO3)x(CZIF)，獲得了MOC-16@CZIF催化劑（圖A）。該催化劑保留了MOC-16固有的皮秒時間尺度內高效定向電子轉移的特性，同時由於載體作用，MOC-16電子激發三重態的壽命從納秒延長至微秒量級。此外，CZIF載體獨特的親水性促進了H2O作為質子源向Pd催化位點的轉移，而具有自由載流子誘導能力以及還原能力的BIH犧牲試劑的加入，顯著提高了MOC-16@CZIF的導電性，進一步促進光催化電子轉移過程。最終，該MOC-16@CZIF顯示出高於均相催化劑50倍的產H2活性(TOF ~ 0.4 s-1)，同時具有極高的穩定性。
本研究工作借鑑自然界光合作用，在多個光敏中心多個催化中心產氫催化劑研究基礎上，進一步將其植入到金屬有機框架材料中，模擬自然界酶催化環境中質子和電子的傳輸與轉移過程，在有效規避分子基催化劑穩定性差的同時，極大地提高了光催化產氫性能，為人工模擬光催化劑的設計和構築提供了新的思路。