全球对碳中和需求的认识推动了基于CO2捕获、利用和储存技术的碳循环研究。其中，由柔性金属中心和有机配体组成的MOFs材料为太阳能驱动的CO2转化提供了一个具有前景的平台。从根本上讲，MOFs光催化剂在支持CO2还原方面的有效性取决于两个关键因素，即其提供和维持光生电子的能力以及其活化CO2反应物的有效性。过去的大量研究旨在通过优化这两个因素之一来提高MOFs的光催化性能。然而，光催化过程通常涉及复杂的多步链式反应，对任一方面的孤立优化只能导致有效的性能增量。最近，人们发现当具有适当氧化还原电势的金属与MOFs中的螯合配体配位时，会导致在禁带中产生新能级。这意味着能够通过设计具有独特能带结构的MOFs来支持进一步的电子转移，从而增加有效光生电子的数量。此外，如果金属的选择同时考虑其对CO2和反应中间体的亲和力，则能够加速CO2活化并提高反应选择性。
图1.具有原子分散Fe位点的二维Fe/Ti-BPDC光催化剂的合成示意图
近日，9001诚信金沙郭新闻教授团队在Applied Catalysis B: Environmental期刊上发表了题为“Dual-optimization strategy engineered Ti-based metal-organic framework with Fe active sites forhighly-selective CO2 photoreduction to formic acid”的文章。该工作采用双重优化设计策略，合成了一种具有原子分散Fe位点的新型二维MOF光催化剂，Fe/Ti-BPDC，实现高活性高选择性的光催化CO2还原制甲酸。这归因于催化剂实现的“双重优化”，以维持光生电子的供应并有效活化CO2。具体而言，Fe/Ti-BPDC通过独特的电子转移机制为CO2光催化过程提供高比例的有效光生电子。同时，CO2和原子分散的Fe活性位点之间的强O/Fe亲和力不仅能够实现CO2的快速活化，还决定了中间反应路径以达到高甲酸选择性。
图2. Fe/Ti-BPDC结构分析及反应机理分析
论文的第一作者为9001诚信金沙何潇宇博士，论文通讯作者为9001诚信金沙郭新闻教授、香港中文大学宋春山教授、9001诚信金沙侯军刚教授和西澳大利亚大学杨虹教授，该研究得到辽宁省兴辽英才高水平创新团队、国家自然科学基金，以及智能材料化工教育部前沿科学中心专项资金的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122418
