截止至今，2023年王心晨教授团队已在《Angewandte Chemie International Edition》上发表论文达7篇！接下来，我们一睹王心晨教授与他的“人工光合成”！
Angew：自下而上法合成单晶聚三嗪亚胺纳米片，用于光催化全解水
聚(三嗪亚胺)(PTI/Li+Cl–)是一种结晶的聚合碳氮化合物，在光催化整体水分解方面具有很大的前景。原则上，PTI/Li+Cl–的光催化活性与形貌密切相关，可以通过调节缩聚过程来合理调整其光催化活性。
福州大学王心晨、张贵刚等人通过将二元共晶盐LiCl/KCl或NaCl/LiCl调整为三元LiCl/KCl/NaCl，可以将PTI/Li+Cl–的六方棱镜转变为六方纳米片。结果表明，当在三元共晶盐存在下进行聚合时，平面内共轭的扩展是更加有利的。
图1-1 三元熔盐(LiCl/KCl/NaCl)中合成PTI/Li+Cl–纳米片催化剂
由于结构缺陷的强度较低，载流子沿三嗪纳米片堆积方向的跳跃距离较短，使得六方纳米片载流子的寿命比六方棱镜更长。因此，优化后的六方纳米片在一步激发整体水分解太阳能制氢中表现出创纪录的25%的表观量子产率(λ=365nm)。
Bottom-up Synthesis of Single-Crystalline Poly (Triazine Imide) Nanosheets for Photocatalytic Overall Water Splitting，Angewandte Chemie International Edition，2023.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202307930
Angew：直接以氨气和甲烷为原料，合成氮掺杂碳！
福州大学王心晨、方元行等人以NH3和CH4气体为前驱体，采用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)技术，合成氮掺杂碳材料(NDC)。其中，NH3和CH4气体被输入反应腔室，在等离子体作用下，气体解离成活性物质，形成亚稳态分子片段，包括CxNyHz、CxHy等。这些片段通过热处理聚合形成具有sp2和sp3 C-C键、C-N键和缺陷的三维NDC纳米团簇。
图2-1 由NH3和CH4气体通过PE-CVD技术合成NDC
值得注意的是，NDC在没有任何助催化剂的情况下也能够有效地作为光催化剂。例如，NDC可用于光催化胺氧化反应，实现亚胺的选择性合成，同时通过光还原反应合成过氧化氢(H2O2)。
Plasma-Enhanced Chemical-Vapor-Deposition Synthesis of Photoredox-Active Nitrogen-doped Carbon from NH3 and CH4 Gases，Angewandte Chemie International Edition，2023.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202307236
Angew：具有强电子推拉作用的三唑基给受体聚合物光催化剂的侧链分子工程
福州大学王心晨、陈雄等人合成了带有烷基链的供受体聚合物光催化剂，探讨了侧链工程对电荷分离和迁移动力学的影响。该催化剂具有促进激子解离、抑制电荷重组、促进电荷转移和良好的亲水性等特点。
文中，作者通过将缺电子的烷基链锚定三唑(TA)基团和富电子的芘单元整合到聚合物骨架中，生成了一系列新的供体-受体(D-A)型半导体聚合物，具有良好的光捕获能力和合适的带隙。所有这些聚合物都可以介导水氧化反应生成氧气，并通过改善D-A效应可以实现在光催化析氢、光催化生产H2O2方面的良好应用。
Side-Chain Molecular Engineering of Triazole-Based Donor−Acceptor Polymeric Photocatalysts with Strong Electron Push−Pull Interactions，Angewandte Chemie International Edition，2023.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202304875
二氧化碳在有机物中的光驱动固定已经成为合成增值精细化学品的一个有吸引力的方案。由于该过程存在缓慢的动力学、且在热力学上较为稳定，CO2的转化和产物选择性方面仍然存在挑战。
福州大学王心晨、郑梅芳等人开发了一种碳氮化硼(BCN)，其在介孔壁周围具有丰富的末端B/N缺陷，可从根本上增强了表面活性位点和电荷转移动力学，提高了CO2的整体吸附和活化速率。
在该方案中，烯烃与CO2的反Markovnikov氢羧基化反应在可见光照射下具有良好的官能团耐受性和特定的区域选择性。机理研究表明，CO2自由基阴离子中间体在缺陷BCN上形成，导致反Markovnikov羧化反应。最后，作者成功应该该方案实现了天然产物的后期羧化和抗糖尿病GPR40兴奋剂的合成，且能够获得克级产物，显示了该方法的实用性。
Photosynthetic Fixation of CO2 in Alkenes by Heterogeneous Photoredox Catalysis with Visible Light，Angewandte Chemie International Edition，2023.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202304861
Angew：合理引入双助催化剂，实现光催化整体水分解
在聚三嗪亚胺(PTI)晶体表面原位沉积Pt和CoOx助催化剂用于光催化整体水分解。然而，贵金属Pt表面的逆向反应(即水生成)是自发过程，这限制了它们进行整体水分解反应的效率。
福州大学王心晨、张贵刚等人研究表明，Rh/Cr2O3和CoOx分别作为H2和O2析出助催化剂，可以大大提高光催化整体水分解的效率。结果表明，双助催化剂能有效地将电荷从体相中提取到表面，而Rh/Cr2O3助催化剂能有效地抑制逆向反应，使得光催化整体水分解反应的表观量子效率(AQE)达到20.2%。
图5. Rh/Cr2O3和CoOx改性聚三嗪亚胺，实现光催化整体水分解
Rh/Cr2O3 and CoOx Cocatalysts for Efficient Photocatalytic Water Splitting by Poly (Triazine Imide) Crystals，Angewandte Chemie International Edition，2023.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202304694
Angew：促进电荷分离，实现选择性可控的光催化CO2还原
共轭聚合物(CPs)由于其合适的能带结构，能够促进二氧化碳的光催化固定，实现增值燃料生产。然而，到目前为止，CPs的光催化性能仍受到电荷转移效率低的制约。
福州大学王心晨、蓝志安等人合理设计了三种电子传输通道离域性更强、分子结构更平面的CPs。作者认为它们能明显降低激子结合能(Eb)，加速内部电荷转移过程。此外，在CPs表面引入适合电子输出的通道、以及助催化剂，可以有效地促进界面电子传递。因此，最佳的P-2CN在420 nm光催化CO2制CO的表观量子产率为4.6%。进一步调整氰基和助催化剂的数量，CO的选择性在0~80.5%之间。
Electronic Transmission Channels Promoting Charge Separation of Conjugated Polymers for Photocatalytic CO2 Reduction with Controllable Selectivity，Angewandte Chemie International Edition，2023.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202303785
Angew：聚三嗪亚胺单晶在熔融盐中的定向结晶过程
由熔融盐法所制备的聚三嗪酰亚胺(PTI)是一种具有广泛应用前景的聚合物半导体，可用于在光催化整体水分解反应。因此，揭示PTI晶体的分子共轭、成核和结晶过程对其可控结构设计至关重要。
福州大学王心晨、喻志阳等人运用电子显微镜对PTI结晶过程进行了介观到纳米尺度的表征。研究发现，在熔盐中，庚嗪环基前驱体解聚成三嗪单体，KCl作为导向剂，引导PTI分子单元、定向堆积形成聚集晶体。
图7-1 PTI聚合物晶体在熔盐中的分子共轭和定向结晶过程示意图
根据这一发现，作者通过控制结晶过程(即KCl/熔融液体界面)来改善PTI颗粒的分散性，使得PTI晶体的分散性和光催化性能都得到了改善。因此，本研究深入研究了PTI单体在盐模板上的定向组装，为聚合物晶体有序缩合奠定了理论基础。
The Directional Crystallization Process of Poly (triazine imide) Single Crystals in Molten Salts，Angewandte Chemie International Edition，2023.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202216434
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