模拟自然界光合作用，光驱动水分子活化为绿色合成描绘了基本蓝图。以精细化工和制药中占据重要地位的炔烃选择性加氢为例，用水作为绿色氢源的光催化路线极具应用前景，其中尤为引人关注的是用氘水合成结构多样的高附加值氘代烯烃。然而水分子氧氢键键能高、解离难度大，并且反应过程存在过还原和产氢等干扰，光催化炔烃加氢合成烯烃依然面临较大挑战。

为了优化水分子活化和氢转移路径，中国科学院化学研究所光化学实验室赵进才院士，宋文静研究员和李骥堃研究员合作，依据金属结构及催化性质的配位调控策略，在富含吡啶氮位点的石墨相氮化碳界面构建了Ni–N4催化中心, 获得单原子镍/氮化碳光催化剂(Ni-N/CN)。利用镍与配位氮的协同，经电子-质子转移解离水分子，实现了可见光驱动的炔烃高选择性半氢化生成烯烃（无过氢化烷烃产物）；并在氘水中成功制备了结构多样的氘代烯烃（氘代率>99%）。同时该催化体系具有操作安全便捷，兼容性强和性能稳定等优点。

原位X射线吸收精细光谱（XAFS）测试发现在光照条件下，镍位点发生了价态和配位结构的改变，由初始四配位Ni²⁺ 转变为三配位低价Ni；电子顺磁共振(EPR)实验确认了光催化过程水分子参与的Ni⁺ 形成及其介导的炔烃半氢化过程。结合理论计算建立了反应过程中镍物种的演变机制：水体系中Ni²⁺–N₄首先转变为H₂O–Ni²⁺–N₃；光诱导氮化碳导带电子转移将Ni²⁺还原为Ni⁺，同时配位水氧氢键发生异裂，质子转移至邻近Ni的（非配位）N位点，形成 ⁻HO–Ni⁺–N₂···N–H⁺，它可与炔烃底物配位，并经后续电子-质子转移加氢形成烯烃。由于烯烃在单原子Ni位点的脱附在动力学上占优，该催化体系能有效抑制烯烃过还原，保证了烯烃的高选择性。区别于大部分经典炔烃加氢体系中涉及的金属氢化物或活泼氢，Ni-N/CN催化过程的活性物种为Ni⁺–N₂···N–H⁺。

这项工作将配位工程、金属配体协同延伸至光驱动水分子活化，揭示了配体参与的金属中心演变、氧氢键活化解离和独特的炔烃半氢化机制，实现了以非标记炔烃和氘水为原料的氘代烯烃光化学合成。此项工作为以水作为氢源的催化氢转移和催化系统的研发提供了实用可行的策略。