氟代有机物以其调节亲疏水性、增强生物活性和提高代谢稳定性等特性而备受瞩目，其中二氟甲基杂环化合物尤为重要，在药物研发、生物应用和材料科学领域具有广泛应用前景。传统方法中常采用二氟乙酸、有机金属二氟化物等作为氟源，以金属氧化物为催化剂进行加热反应，然而这些方法存在着污染严重和能耗高的问题，因而受到了应用上的限制。而光催化反应作为一种温和、清洁的合成手段，已被广泛应用于众多有机合成反应中。然而，在面对杂环化合物二氟甲基化反应时，现有高分子光催化剂的光生载流子分离和传递效率较低，难以实现高效催化反应。
为了解决上述问题，分子材料与器件实验室借鉴了自然界光合作用系统中光系统I（PSI）和光系统II（PSII）反应位点存在于一个系统中协同水氧化和二氧化碳还原的原理，将蒽和苯并噻二唑分子整合至共价有机框架，构建了双活性中心。这一双活性中心结构有利于建立分子内电荷转移通道，同时将光生空穴和电子分别用于底物氧化和分子氧活化过程，从而高效协同催化合成药物产品。此外，通过对自由基反应中间产物的鉴定，阐明了反应机理，并通过光电化学测量、DFT计算和飞秒瞬态吸收光谱验证了双活性中心的引入有助于有效的电荷分离。
上述成果日前以“Promoting Photocatalytic Direct C–H Difluoromethylation of Heterocycles using Synergistic Dual-Active-Centered Covalent Organic Frameworks”为题发表于《Journal of the American Chemical Society》上。复旦大学材料科学系2021级博士研究生李思哲为论文第一作者，复旦大学赵岩教授，魏文欣博士，德国马克斯普朗克研究所Calum Ferguson博士为论文共同通讯作者，复旦大学材料科学系为论文第一单位。上述研究得到了国家自然科学基金和博士后科学基金的资助。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c12880