近期，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院在COF光催化CO₂轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)工作“Covalent Organic Framework with Donor¹-Acceptor-Donor²Motifs Regulating Local Charge of Intercalated Single Cobalt Sites for Photocatalytic CO₂Reduction to Syngas”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊《Angewandte Chemie-International Edition》（2024，e202407092, IF=16.6）。蘭興旺副教授為論文第一作者兼通訊作者，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所陳勇研究員為共同通訊作者。

共價有機骨架（COFs）在光催化CO₂還原中受到越來越多的關(guān)注，但由于活性位點不足和電荷分離過程不理想等問題，其轉(zhuǎn)化效率仍然較低。D-A型COFs可以顯著改善電子離域，促進分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，但D-A體系仍易發(fā)生快速的逆向電荷轉(zhuǎn)移，嚴重影響了自由載流子的產(chǎn)生。因此，急需發(fā)展新的策略抑制逆向電荷轉(zhuǎn)移，調(diào)控活性位點局域電荷，從而提高COFs光催化CO₂的還原活性和選擇性。本工作設(shè)計并合成了具有D¹-A-D²結(jié)構(gòu)的亞胺COFs，通過引入層間亞胺氮原子配位的Co位點，促進激發(fā)態(tài)電子轉(zhuǎn)移過程中電荷分離態(tài)的形成，有效誘導(dǎo)電子從雙電子給體向?qū)娱gCo位點的定向遷移，實現(xiàn)電荷傳遞調(diào)控活性位局域電荷分布以提升催化中心對CO₂活化及還原的催化效率。光催化活性結(jié)果表明，具有D¹-A-D²結(jié)構(gòu)的Co/Cu₃-TPA-COF表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化CO₂還原制合成氣活性，顯著優(yōu)于大多數(shù)已報道的COFs光催化劑；此外，通過引入含不同取代基的聯(lián)吡啶添加劑可進一步有效調(diào)控合成氣（CO/H₂）比例。本項研究工作不僅拓展了COFs催化劑在光催化CO₂轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用，也為深入理解CO₂活性提升機制提供了新的視角。

近兩年，蘭興旺副教授等在COF光催化CO₂轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了一系列重要成果，相關(guān)工作分別發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊ACS Catalysis (2023, 13, 4316-4329.; 2023,13, 12142-12152, IF=12.9)、Applied Catalysis B: Environmental (2023, 325, 122393，IF=22.1)、Chemical Engineering Journal (2024, 151479, IF=15.1)、Small (2023, 19, 2300035, IF=13.3)。以上工作得到國家自然科學(xué)基金、河北省教育廳青年拔尖人才項目、河北大學(xué)多學(xué)科交叉基金等項目的大力支持。

文章鏈接：

[1]https://doi.org/10.1002/anie.202407092

[2]https://doi.org/10.1021/acscatal.3c00126

[3]https://doi.org/10.1021/acscatal.3c02950

[4]https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122393

[5]https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151479

[6]https://doi.org/10.1002/smll.202300035

(化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院 供稿)