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研究概述

科学界一直在积极研究人工光合作用，以推动生态可持续发展并解决环境问题。然而，设计出对CO₂还原和H₂O氧化均有效的活性位点光催化剂仍然是一个重大挑战。

2025年3月12日，吉林大学饶衡在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society上发表了题为《Synergistic Bifunctional Covalent Organic Framework for Efficient Photocatalytic CO₂ Reduction and Water Oxidation》的研究论文。

在本文中，作者开发了一种供体-受体型共价有机框架（D-A COF），通过结构-活性关系整合了两种不同的金属配位环境。钴或镍离子被锚定在D-A COF骨架上，分别形成了N-金属-N和N-金属-S的配位结构，分别作为双功能还原和氧化活性位点。

其中，合成的Co-Btt-Bpy-COF在可见光照射下以9800 μmol g^-1 h^-1的速率产生CO，以242 μmol g^-1 h^-1的速率产生O₂，CO生成速率是原始D-A COF的127倍。更重要的是，Co-Btt-Bpy COF能够促进人工光合作用，CO释放速率达到7.4 μmol g^-1 h^-1。

其卓越的光催化性能可归因于分散的单原子位点与Btt-Bpy COF之间的协同作用，以及光生电子的快速迁移。

原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR FT-IR）和理论计算表明，引入Co位点有效降低了关键中间体*COOH和*OH的反应能垒。

图文解读

图1：合成方案与结构分析

图2：结构表征

图3：光催化性能

文献信息

Xu Q., Han J., Tian F. et al. Synergistic Bifunctional Covalent Organic Framework for Efficient Photocatalytic CO₂ Reduction and Water Oxidation. J. Am. Chem. Soc. (2025).

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