近日，足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学化学与化工学院孙建科教授课题组在国际知名化学期刊《Journal of the American Chemical Society》上发表题目为“Conjugated Networked Poly(ionic liquid)-Accommodating Organic Cages: A Matter of Interhost Electron Communications”的研究论文。该论文的第一作者为足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学博士研究生崔雨琪和博士后崔景旺。此项研究得到了国家自然科学基金的资助及足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学分析测试中心的支持。

在生物体系中，电子传递是实现能量转化与信号调控的核心机制。例如，在细胞呼吸或光合作用中，电子在分隔的亚细胞结构中高效传递，驱动一系列生命活动。受到这一自然机制启发，科研人员长期致力于构筑具备“腔体间电子传递”功能的人工多主体体系，以期在人工系统中实现类生命体系的电子通信。然而，如何在分子尺度上精准构筑多级次嵌套结构并实现高效电子交流，从而优化集成材料的整体功能，仍是当前亟待突破的科学难题。

近日，孙建科团队报道了一种可实现“主体间电子通信”的多级次嵌套结构材料。研究通过静电组装与自发聚合相结合的策略，将荷负电的羟基化有机笼（rCC19-O?）作为“内层主体”，嵌入到荷正电的共轭聚离子液体（PIL?）网络中，构筑了独特的“主体-主体”（host-in-host）多级次结构。该体系实现了类似生物腔室分隔的结构仿生，为电子协同传递与功能调控提供了新型材料平台。

图1.多级次仿生主体-主体复合材料

图2. 主体-主体复合材料的合成及结构表征

研究表明，在紫外光照射下，材料内部发生了笼分子中的氧负离子（O?）与PIL网络中吡啶鎓氮正离子（N?）之间的电子转移，生成稳定的自由基态。该电子转移过程使材料的导电性提升约500倍（电导率由1.13×10?⁸提升至5.30×10?⁶ S/cm），并将吸收边拓展至近红外区，实现了高达82.2%的光热转换效率。这种“光触发电子通信”机制不仅优化了材料的电子结构，还赋予其出色的光热稳定性，展示出在新型光电与能源材料领域的广阔应用潜力。

图3.主体间电子交流行为探究

图4. 通过主体间电子通信调制电学和光热特性

更为重要的是，研究团队在材料中进一步引入了钯（Pd）纳米团簇，使之进一步转变为复合催化体系。其中，Pd簇被限域在有机笼腔内，而外层PIL网络在光照下可诱导电子重新分布，使Pd表面因向笼骨架发生“电子补偿”而呈现正电性。这种电子调控的“局域微环境”极大地优化了催化性能。实验结果表明，该复合催化剂在4-硝基苯乙炔（4-NPA）选择性加氢反应中，可在15分钟内实现近100%转化率及95%的目标产物（4-硝基苯乙烯）选择性，性能远优于传统Pd/SiO₂和Pd/Al₂O₃催化剂。此外，催化剂在循环使用五次后仍能保持稳定的活性与结构，表现出优异的可重复性。

图5. 主体-主体复合材料中Pd团簇的微环境调控

对材料结构进一步解析表明，电子通信不仅调节了Pd簇的表面电性，也重塑了有机笼窗口处羟基基团的电荷分布。这种电子重排使底物分子在进入笼腔时通过“预组织”效应，以-NO₂基团优先取向吸附于Pd活性位点，从而显著提升了反应的选择性。同时，材料优异的光热转换性能可在笼腔内形成局域高温环境，进一步加速氢化反应动力学过程。

图6. 主体间电子通信诱导的笼窗口苯氧基电荷重新分布以优化底物取向

该工作首次在仿生多主体嵌套结构中实现了基于光诱导效应的“主体间电子通信”调控，并成功将其应用于催化性能的精准调节。研究不仅为理解多级次体系中电子迁移机制提供了实验证据，也为设计新型光响应功能材料和高选择性催化剂提供了新的思路。未来，这一策略有望扩展至能量转换、生物催化及柔性电子器件等前沿领域。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c12545

附通讯作者简介：

孙建科，足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学教授，博士生导师，特立青年学者，国家级青年人才。长期从事功能多孔材料与团簇催化化学方面的交叉研究工作，在高效合成多孔（笼）材料并将其用于绿色催化、复合团簇仿生催化、仿生通道等领域取得了一系列研究成果。迄今在Nature、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、CCS Chem.等国际知名期刊杂志发表SCI论文80余篇，多篇入选ESI高被引论文。曾入选皇家化学会Top 1%高被引学者，全球前2%科学家榜单等。