人工光合作用系统的效率主要由光敏单元的光收集能力、催化单元的反应性以及光敏单元和催化单元之间的电荷转移效率等因素决定。在传统的光催化系统中，光敏剂是分散的游离状态，阻碍了与光催化剂的直接接触，从而严重阻碍了电荷转移。预计将光敏剂和催化剂整合到紧密连接的双活性单元中将提供理想的解决方案。相互关联的光敏和催化单元促进了高效的电子转移，加速了电子提取并最大限度地减少了能量损失。
然而，由于大多数光催化材料缺乏锚定光敏剂的位点，因此构建这种结构具有挑战性。MOFs具有开放的空间和灵活的配位环境，为集成光敏剂和反应单元的精确设计提供了可调节的平台。以Cu-HHTP (HHTP=2,3,6,7,10,11-六羟基三苯基)为代表的二维π共轭MOFs具有促进光敏剂内部组装的通道结构，而其出色的电导率和易接近的Cu金属位点增强了光生电子转移的速度。通过操作Cu-HHTP的Cu位点上的光敏剂集成，预计可以实现一个定义明确的光敏-反应性双活性单元，从而实现光生电荷的高效激发和提取。
近日，阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)张华彬和广西大学罗俊等在二维Cu-HHTP中组装了光敏组件，构建了一种MOF负载的光催化剂(Ru@Cu-HHTP)。其中Ru-Cu双功能活性中心加速电荷转移。Ru单元作为光收集中心，而Cu位点为氧还原提供高反应活性以产生H2O2。
系统的表征和理论计算结果表明，Ru-Cu单元上光生载流子从Ru到Cu位点的快速转移显著增强了电荷分离，从而导致形成富电子Cu位点，这极大地促进了光催化O2向H2O2的转化。此外，除了增强电子转移和催化活性外，光敏剂的组装策略还有效抑制了中间体*OOH和H2O2的再分解。
性能测试结果显示，整合后的Ru@Cu-HHTP光催化剂的H2O2生产速率高达570.9 μmol g-1 h-1，是[Ru+Cu-HHTP]体系的37.2倍。这两种体系在催化活性方面的显著差异源于它们不同的光生电子转移机制。在[Ru+Cu-HHTP]体系中，光敏剂Ru通过随机碰撞向Cu-HHTP提供光生电子，这受到很大的限制；而在Ru@Cu-HHTP中，光生电子在相邻配位Ru-Cu单元之间直接转移，显著提高了效率。此外，组装的Ru@Cu-HHTP催化剂也具有优异的稳定性，在连续四次光催化循环后没有显示出显著的催化活性损失。
总的来说，该项研究通过整合原子尺度的光敏和催化活性中心，实现了超快的光载流子转移和提高光催化性能，为开发高性能光催化系统以推动该领域的发展铺平了道路。
Ultrafast charge transfer on Ru‐Cu atomic units for enhanced photocatalytic H2O2 production. Advanced Materials, 2025.DOI: 10.1002/adma.202406748
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