催化学报 ›› 2025, Vol. 73: 8-11.DOI: 10.1016/S1872-2067(25)60706-1
余维来(
)
Weilai Yu()
摘要：
模拟自然界的人工光合作用, 将CO2与H2O协同转化为高附加值产物HCOOH与H2O2, 不仅有望实现太阳能燃料的高效利用, 也为绿色化学品的可持续合成提供了新路径. 然而, 受限于CO2分子的化学惰性以及水氧化反应缓慢的动力学过程, 目前多数报道仅能实现光催化的还原或氧化半反应, 且常依赖外加光敏剂或牺牲剂. 尽管已有研究通过构建异质结、调控催化活性位点、集成吸光单元及设计多孔结构等策略, 在一定程度上实现了氧化还原中心的空间分离, 并提升了光吸收效率与反应活性, 但这些策略普遍存在合成流程繁琐、界面结构不清晰、缺乏对催化位点的原子级精确调控等瓶颈问题, 严重限制了其在CO2光还原全反应中的应用拓展.
针对上述挑战, 华中科技大学王靖宇教授团队基于In³+与NH2-BDC, H2TCPP两种有机配体之间的竞争成核与生长机制, 发展了一种简洁高效的一锅合成策略, 成功构建了具有氧化/还原位点空间分离特征的核壳型铟基金属有机框架异质结材料(M68N@In-TCPP).该材料可在太阳光照射下, 实现CO2与H2O的同步转化, 高效生成HCOOH与H2O2. 其中, 壳层In-TCPP具有优异的CO2选择性吸附性能与可见光吸收能力, 显著提升了CO2光还原效率;核层M68N中的In-O位点则能高效催化H2O的氧化反应. 两种配体与金属节点间的竞争协调作用, 使得In节点得以共享,形成结构稳定、电子分离效率高的异质结界面.
该合成策略可依据不同配体与金属的成核动力学差异, 推广至多种共享金属节点的MOF异质结构构建中, 展现出良好的通用性与可扩展性. 基于此类MOF异质结构平台, 通过调控外层MOF薄膜中的金属活性中心, 有望实现对表面反应活性与反应路径的精准调控, 从而实现目标产物的高效、高选择性合成. 该策略不仅适用于CO2还原, 还具备拓展至H2O2合成、氨合成、有机光催化转化等多种太阳能驱动反应体系的潜力, 展现出广阔的应用前景.
