有机光催化剂可以通过捕获光能来克服活化能垒，并在温和条件下促进具有挑战性的化学反应，在有机合成中具有重要意义。然而，传统有机光催化剂常面临分子内电荷转移（ICT）增强与非辐射能量耗散、电荷复合之间的内在权衡。此外，传统紫精分子工程多依赖插入共轭连接基增强吡啶单元间的穿键电子通信，易导导致过度还原生成中性物种，从而降低活性自由基中间体的利用效率。
针对上述瓶颈，西安交通大学前沿科学技术研究院何刚教授课题组提出了一种协同电子耦合策略，通过在基于紫精的光催化剂中整合空间共轭与键合共轭电子耦合，构建出长寿命电荷分离态。研究团队通过将扩展的π共轭骨架与 TSCV 单元相结合，构建了一系列光催化剂，包括传统的D-A二元体系和哑铃形A-D-A三元体系（TSCVs）。
DFT计算、电化学分析、飞秒瞬态吸收光谱和瞬态光电流等结果表明，该哑铃形架构可协同穿空间/穿键电子耦合，促进电荷分离与离域、抑制电荷复合，并显著延长电荷分离态寿命；同时拓宽可见光吸收，使TSCV-T系列吸收红移至约430 nm，光学带隙降至2.71–2.77 eV。其中，TSCV-T-c表现出最优光电响应和最优界面电荷转移特性。
凭借上述优势，TSCV-T-c作为一种高效的无金属光催化剂，可用于 N，N-二甲基苯胺与马来酰亚胺的串联 C(sp3)-H 官能化/环化反应，以高达 98% 的产率获得四氢喹啉产物，这一催化性能显著优于TSCV-D与以往课题组已报道的紫精类光催化剂。
该工作建立了一种协同电子耦合策略，不仅提供了高性能紫精基有机光催化剂的理性分子设计策略，也建立了分子架构与激发态电荷转移动力学之间的清晰构效关系为先进有机光催化剂及功能光电材料提供了新的分子设计原则。
以上研究论文以“Excited-State Engineering of Viologen Photocatalysts via Synergistic Through-Space and Through-Bond Electronic Coupling”为题发表在国际化学领域权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c17009
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