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期刊封面。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰、特任教授高超團(tuán)隊(duì)與合作者實(shí)現(xiàn)了人工光合系統(tǒng)的高通量篩選，為未來高效人工光合系統(tǒng)研發(fā)提供了一種可行范式。研究成果近日作為封面文章發(fā)表于《自然-催化》。高效人工光合系統(tǒng)的開發(fā)過程涉及大量分子光敏劑和分子催化劑的組合，通過傳統(tǒng)的反復(fù)試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)開展研究極其耗時(shí)。熊宇杰、高超長期從事人工光合系統(tǒng)的能量耦合與轉(zhuǎn)換機(jī)制研究，在各種體系中凝練出偶極耦合在能量耦合與轉(zhuǎn)換過程中的普適性作用。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)通過大量的分子光催化體系實(shí)驗(yàn)，建立了人工光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。研究團(tuán)隊(duì)采用包含光敏化、電子轉(zhuǎn)移和催化3個(gè)關(guān)鍵步驟的不同描述符，提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)加速的分子光催化二氧化碳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的高通量篩選策略。該策略實(shí)現(xiàn)了對數(shù)千種不同分子光敏劑和分子催化劑組合的快速篩選，確定其中的高效人工光合系統(tǒng)，性能處于國際領(lǐng)先水平。此外，研究團(tuán)隊(duì)還利用時(shí)間分辨譜學(xué)證實(shí)了偶極耦合作為描述符的可靠性，以及偶極耦合在引發(fā)動(dòng)態(tài)催化反應(yīng)過程中的作用。該研究提出的描述符——催化劑的二氧化碳吸附能、光敏劑的壽命、源自于光敏劑和催化劑的本征和躍遷偶極的電子耦合，可以制定一種高通量篩選方案，實(shí)現(xiàn)光敏劑和催化劑組合的快速準(zhǔn)確預(yù)測。該方案能從3444種光敏劑和催化劑組合中快速準(zhǔn)確地預(yù)測6種高效的分子光催化體系。研究人員介紹，該研究范式未來可用于指導(dǎo)高效光化學(xué)均相催化劑的設(shè)計(jì)，促進(jìn)其他催化化學(xué)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的發(fā)展。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41929-025-01291-z（原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2025-03-04?第1版?要聞）