导语：把阳光转化为清洁氢能，是人类面向碳中和最具想象力的能源愿景之一。近日，美国俄勒冈州立大学研究团队报道了一类全新金属有机框架（MOF）光催化剂^[1]。该材料依托有机硫配体捕获光能，无需额外贵金属助催化剂，即可在常温水溶液中高效实现光催化析氢。相关成果发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。

用光驱动制氢，难点在哪里

氢能被视为减碳转型的重要载体：从燃料电池汽车，到合成氨、金属冶炼、塑料化工，氢气在工业与交通领域应用广泛。但氢气的“清洁属性”，取决于制备路径。当前主流的甲烷蒸汽重整制氢会伴随大量二氧化碳排放；电解水制氢产物纯净，但成本高度依赖低价绿电。行业参考数据显示，甲烷重整制氢成本约1.5美元/公斤，而绿电电解制氢成本约5美元/公斤。

光催化制氢提供了更直接的技术路线：催化剂吸收光子后跃迁至激发态，利用光能驱动水的还原反应析出氢气。传统光催化体系的一大瓶颈，往往需要昂贵贵金属助催化剂完成电子转移，推高材料成本与系统设计难度。

让有机硫单元承担核心光催化功能

俄勒冈州立大学理学院Kyriakos Stylianou领衔的合作团队，将研究聚焦于MOF材料^[1]：由金属离子与有机连接体构筑的多孔晶体，孔径处于纳米尺度，结构高度可调控。理论上MOF存在数百万种结构组合，迄今已人工合成近十万种，另有约五十万种结构的性能已被理论预测。

团队开发的BVR‑19系列MOF（BVR‑19‑M，M代表不同中心金属离子）具备独特结构特征：框架中的二硫键（S–S）在光照下发生瞬时均裂，生成硫自由基与硫醇盐离子对。Stylianou解释：该材料的催化活性核心来自有机组分；骨架虽含有金属离子，但不依靠金属位点完成光催化产氢，而是依靠含硫有机配体捕获光能、完成电荷输运，驱动氢气析出。

这代表材料设计思路的重要转变：无需外加昂贵贵金属助催化剂，有望简化未来光驱动制氢系统的设计。BVR‑19另一大优势是可在室温水溶液中自发结晶组装，大幅降低材料制备的能耗。在该系列材料中，BVR‑19‑Zn展现最优光催化析氢性能。

从“能用”到“低成本”：提炼可复用的材料设计法则

这项研究的价值，不止于发现一种高性能新材料。团队发现，在保持MOF主体骨架基本不变的前提下，仅替换框架中心金属离子，就能解释不同样品之间巨大的活性差异。基于这一规律，研究团队提炼出一套可复用的材料设计规则。

Stylianou表示^①：“我们的工作为开发更优光催化材料提供了设计蓝图，有望降低绿色氢气的制备成本，为太阳能燃料的材料开发提供新策略。”

写在最后

从依赖贵金属助催化剂，转向激活有机硫配体实现电荷转移，这项研究提示我们：材料科学的突破口，常常藏在容易被忽略的精细结构之中。当科学家逐步掌握利用阳光驱动水还原制氢的材料设计逻辑，依靠太阳能规模化制备清洁氢能的目标，就更近一步。

注① 

https://phys.org/news/2026-09-family-materials-efficiently-sunlight-energy.html#google_vignette

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参考文献

[1] Emmanuel Nyela Musa, Prayash Mohanty, Jacob S. Hirschi, Hongliang Huang, William F. Stickle, Xiu Lei Ji, Chong Fang, Tim J. Zuehlsdorff, Kyriakos C. Stylianou. Intraligand Charge Transfer in Metal-Organic Frameworks Facilitates Radical Anion-Mediated Hydrogen Evolution. Journal of the American Chemical Society, 2026.

https://doi.org/10.1021/jacs.6c13238

https://acs.figshare.com/articles/journal_contribution/Intraligand_Charge_Transfer_in_Metal-Organic_Frameworks_Facilitates_Radical_Anion-Mediated_Hydrogen_Evolution/33741034

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