近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院邓伟侨教授团队在光催化二氧化碳领域取得新进展。相关研究成果以“Photocatalytic CO₂reduction to syngas using Metallosalen covalent organic frameworks”为题发表在国际著名期刊Nature Communications杂志上。山东大学为该论文的第一完成单位。博士研究生周威为该文章的第一作者，刘乘乘副研究员和邓伟侨教授为该文章的共同通讯作者。

光催化二氧化碳还原技术在应对气候变化、能源可持续利用和环境保护方面具有重要意义和潜在应用前景。可以利用太阳能将过剩的二氧化碳转化为高附加值化学品，如合成气、甲烷、甲酸等。有助于减少对有限的化石燃料资源的依赖。

图1.金属Salen基共价有机框架材料制备路线示意图

金属salen基共价有机框架材料（以下简称M(Salen)-COFs）能够将分子催化剂异相化构筑在COFs明确的框架结构中，在异相催化领域引起了广泛关注。然而，它们在CO₂光催化方面的应用研究仍很少。此外，开发具有良好结晶性M(Salen)-COFs的简易制备方法仍然具有挑战。为了解决这一问题，邓伟侨教授研究团队通过一步合成策略成功制备了一系列具备优异结晶性能的M(Salen)-COFs材料。这种策略无需真空抽空即可获得具有可控单核和双核金属位点的M(Salen)-COFs，金属以单原子形式高度分散，且可实现克级制备。M(Salen)-COFs表现出良好的光催化还原CO₂制备合成气的能力。对催化剂的合成方法、金属种类、金属配位环境和配体种类等对光催化CO₂还原活性的影响进行了探究。通过一步合成获得的M(Salen)-COFs展现出比传统两步合成更高的结晶度和催化活性。特别是，含有Co(salen)和三嗪基团的Co(Salen)-COF实现了速率高达19.7 mmolg⁻¹h⁻¹的合成气产量（11:8 H₂/CO）。这项研究提供了一种简便、产量高且结晶性好的M(Salen)-COFs制备策略，并为高效光催化剂的构效关系研究和设计原则提供了参考依据。

图2.光催化二氧化碳转化制备合成气

本研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东大学未来学者计划项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42757-7