紫精衍生物因其独特的氧化还原活性和优异的光电响应特性，在能源催化领域展现出重要的研究价值。作为典型的有机电子受体，紫精衍生物在光催化、电致变色及储能材料等多个方向均表现出显著优势。然而，其在电催化析氢反应（HER）中的应用仍面临较大挑战。目前研究多集中于紫精单体的结构修饰策略，而基于紫精团簇构建的直接电催化体系尚未取得实质性进展。另一方面，含锑团簇材料虽具备独特的电子结构和丰富的配位模式，在催化领域显示出良好的应用前景，但仍受限于结晶性欠佳、功能调控手段有限等问题。因此，如何通过合理的分子组装策略，将紫精优异电子传输性能与锑团簇的本征催化活性有效结合，构建兼具高活性与良好稳定性的新型催化材料，已成为当前该领域亟待解决的关键问题。
图1.含锑紫精修饰的Sb4O6簇的设计策略示意图
针对上述问题，西安交通大学前沿院何刚教授课题组创新性地以三价含锑紫精为基础，通过定向氧化偶联策略，该研究以三价锑紫精为先驱体，通过定向氧化偶联策略，成功设计并合成了两种新型的锑紫精功能化Sb4O6簇（SbVO-Me与SbVO-Ph）。研究表明，该含锑紫精团簇材料不仅展现出优异的氧化还原活性和多电子转移能力，还表现出显著的电致变色行为。通过密度泛函理论（DFT）计算和静电势能图分析，团队揭示了其独特的电子-质子协同合作机制：紫精单元作为“电子海绵”，介导电荷的积累与传递，而Sb4O6核心则作为“质子引擎”，加速质子传输。在均相酸性HER催化中，该体系实现了较低的过电位和较高的法拉第效率；在非均相条件下，其催化性能进一步提升，过电位显著降低。机理研究表明，紫精单元与Sb4O6核心协同合作作用，共同驱动了高效的HER催化过程。该工作首次将锑紫精发展为一类新型主族分子催化剂，不仅拓展了紫精基材料在电催化产氢中的应用界限，也为设计高效质子耦合电子转移催化体系提供了新的分子设计思路与理论依据。
图2.含锑紫精修饰的Sb4O6簇的簇和单晶结构
以上研究成果以《含锑紫精修饰的Sb4O6簇：通过耦合电子海绵与质子引擎实现电催化质子还原》 (Stiboviologens-decorated Sb4O6 Clusters for Electrocatalytic Proton Reduction via Coupled Electron Sponge and Proton Engine)为题，发表在国际化学领域权威期刊Journal of the American Chemical Society上。西安交通大学前沿院博士研究生徐亮为本论文第一作者，何刚教授为本论文通讯作者。西安交通大学新概念传感器及分子材料研究院房喻院士、刘峰教授，陕西师范大学薄鑫教授等合作者深度参与了本工作。该工作得到了国家自然科学基金，中国博士后科学基金以及分析测试共享中心支持和帮助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c13539
何刚教授课题组主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/ganghe
