研究内容

光催化小分子转化课题组面向国家“双碳”战略，聚焦二氧化碳、甲烷和生物质等绿色碳资源的高值转化。方向涵盖非金属/廉价金属基光催化材料的可控合成及核磁共振等原位谱学表征，系统解析光催化表界面分子转化与活性位动态变化过程。重点探索温和条件下化学键和官能团构筑的新路径，围绕惰性小分子活化、碳链增长与产物选择性调控，开展材料设计至工艺集成研究，构建融合材料创新、反应过程优化与机理解析的创新研究平台。

课题组诚邀化学、化学工程与技术、材料与化工等专业的本科生、硕士生及博士生加盟，共同探索光催化在绿色转化领域的前沿路径。

此外，课题组长期招聘具有光催化或有机小分子/材料合成研究背景的长聘/师资博士后研究人员。基本要求如下：年龄一般不超过35周岁，已取得或即将取得博士学位；具备扎实的科研功底和独立开展研究工作的能力，以第一作者发表过高水平学术论文者优先考虑；具备良好的英文文献阅读、学术交流及写作能力，善于团队协作与沟通。相关待遇详见学校招聘公告（https://www.wust.edu.cn/info/1501/467352.htm）,有意申请者请将个人简历及代表性科研成果发送至邮箱：taoyuan@wust.edu.cn。

研究方向一：光催化惰性小分子有机转化

   发展高效非金属基光催化体系，通过苯、二氧化碳和甲烷等惰性碳基小分子的去芳构化、C=O及C-H键活化，与有机分子偶联构建新的化学键，合成高附加值有机中间体、药物及航空燃料，是推动国家“双碳”战略与能源结构升级的重要手段。本研究聚焦于开发新型光催化材料和有机转化路径，利用地球储量丰富的基础小分子构建高效碳循环体系，拓展碳资源高值化利用的新途径。

研究方向二：光催化C1分子活化及选择性制多碳化学品

光催化C1分子（二氧化碳、甲烷等）选择性转化为多碳化学品（乙烷、乙醇等），是实现碳资源循环利用和绿色化工转型的重要途径。该方向聚焦于利用非金属或廉价金属基光催化材料，通过精准调控C=O和C-H键的断裂与碳链延长，突破C1分子热力学稳定性与选择性控制的双重瓶颈。研究旨在实现温和条件下C1资源向高值燃料与化学品的直接转化。

研究方向三：生物质平台分子的光催化定向转化制备燃料

光催化生物质平台分子（如5-羟甲基糠醛、甘油、木质素衍生物等）定向转化为燃料（如烷烃、醇类及航空煤油），是实现可再生碳资源高效利用和低碳转型的关键路径。研究聚焦于利用非金属或廉价金属基光催化材料，通过精准断裂生物质分子化学键并与二氧化碳还原/产氢耦合，保留目标碳骨架，同时开发连续流光反应器提升传质与光能利用效率。研究旨在实现温和条件下生物质向高能量密度燃料和绿氢能源的直接转化，为可再生燃料供应链构建及碳中和目标提供技术支撑。

研究方向四：发展研究光催化反应机制的核磁共振等原位谱学表征技术

本研究方向旨在发展多维度原位光谱-核磁共振联用技术，实现对光催化表界面反应物种的实时捕捉与演化追踪，系统解析催化剂表面活性位点的动态结构变化及其对反应路径的调控作用。通过建立反应中间体与产物选择性之间的关联，从分子层面揭示小分子化学键与官能团转化的关键步骤，为高效、高选择性光催化剂的理性设计提供指导。

课题组成员

职工：袁涛（教授）

博士生：李慈嵘

代表性论文

1. T. Yuan, L. Sun, Z. Wu, R. Wang, X. Cai, W. Lin, M. Zheng*, and X. Wang*. Mild and metal-free Birch-type hydrogenation of (hetero)arenes with boron carbonitride in water. Nat. Catal. 2022, 5, 1157-1168.

2. T. Yuan, X. Mei, K. Liu, Y. Fang, J. Cheng, M. Zheng, X. Wang*. Photofunctionalization of light alkanes by FeO_x/BCN at 12 °C. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 35098-35108.

3. T. Yuan, Y. Fang*, J. Su, S. Zhao, R. Qian, Z. Zhu*, X. Wang*. In situ Probing Two Radicals in Halogenation Couplings from Photoanodic Single-atom Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 38354-38364.

4. T. Yuan, Z. Wu, S. Zhai, R. Wang, S. Wu, J. Cheng, M. Zheng*, and X. Wang*. Photosynthetic Fixation of CO₂ in Alkenes by Heterogeneous Photoredox Catalysis with Visible Light. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304861.

5. T. Yuan, S. Huan, B. Ge, S. Lin, M. Zheng*, and X. Wang*. Semi-Hydrogenation of Alkynes by a Tandem Photoredox System Free of Noble Metal. CCS Chem. 2022, 4, 2597-2603.

6. T. Yuan, M. Zheng*, M. Antonietti, X. Wang*. Ceramic boron carbonitrides for unlocking organic halides with visible light. Chem. Sci. 2021, 12, 6323-6332.

7. T. Yuan, H. Gong, K. Kailasam, Y. Zhao, A. Thomas, J. Zhu*. Controlling hydrogenation selectivity with Pd catalysts on carbon nitrides functionalized silica. J. Catal. 2015, 326, 38-42.