人工模拟光合作用是实现将太阳能转化为清洁的化学能。相比于广泛研究的多相半导体光催化分解水制氢催化剂，由光敏中心、电子转移桥梁和产氢中心组成的均相分子基催化剂，因活性金属利用率高、催化剂结构和活性可调配性强，以及催化反应机理容易研究等特点，近年来备受科学家们的关注与青睐。 

　　鉴于光催化产氢过程中所必需的多步电子转移和储存，人们致力于促进光吸收中心向金属催化中心高效、定向的电子转移，来实现光催化效率的提高。在单个分子器件内同时植入多个光敏中心或多个催化单元是提高电子转移和储存的有效策略。在单个分子基光催化剂中同时植入多个光敏中心和多个催化中心实现高效产氢的报道较少。 

　　中山大学苏成勇和石建英研究小组采用配位超分子自组装策略，结合配位空间的对称性设计和活性中心精准配置思想，利用课题组早前提出的金属有机分子笼(Metal-organic cage, MOC)分步组装方法（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136(12), 4456-4459），进一步发展了一种新型单分子产氢器件模型，第一次将集合了8个金属有机Ru²⁺光敏中心和6个金属Pd²⁺催化中心于一体的[Pd₆(RuL₃)₈]²⁸⁺金属有机分子笼（MOC-16）作为单分子产氢器件。该器件模型通过多重光敏中心和催化中心有序、对称、空间分离地自组装，在单一分子笼表面构筑出多个相互独立的能量传递和电子转移通道，各个光敏中心和催化中心在空间上相互独立、功能上相互等价，从而实现了多通道电子转移和能量传递的单一性、方向性，促进了产氢效率，获得了高达380 μmol h^-1的初始产氢速率和635的TON (48 h)。该研究团队通过稳态吸收和发射光谱、电化学以及DFT理论计算对光催化产氢机理加以研究，利用飞秒超快瞬态吸收光谱进一步研究了催化过程中高效电子转移和能量传递过程。 

图来源：Nature Communications

　　该工作发展的将多个光敏中心，多个催化中心通过有序、对称配位自组装成一体的配位分子笼器件组装策略，为新一代高效均相分子基催化剂的发展提供了新的设计思路；而分子笼结构独特的主客体化学为进一步封装光敏客体或催化客体分子，进一步提高产氢活性提供了可能。该研究成果“A metal-organic cage incorporating multiple light harvesting and catalytic centres for photochemical hydrogen production”近期发表于《自然·通讯》期刊上（Nat. Commun., 2016, 7, DOI: 10.1038/ncomms13169）。