【解读】Angew. Chem. ：MOF催化剂与等离子体协同转化CO2和H2O为H2/CO比例可控的合成气

温和条件下由CO ₂ 和H ₂ O生产合成气是一种有前途的煤基化学工程技术替代方案，但CO ₂ 分子的惰性、H ₂ O分子的不利解离途径和不合适的催化剂导致了高CO ₂ 转化率和合成气中H ₂ /CO比例可控难以同时实现。

为解决该问题，内蒙古大学的谷晓俊教授、武利民教授和张江威研究员从强化CO ₂ 分子和纳米空间内H ₂ O分子活化以及调控金属催化活性中心电子特性的角度出发，构建了亲水性多孔MOF催化剂，并系统研究了其与等离子体协同催化转化CO ₂ 和H ₂ O的性能与反应机制，特别揭示了MOF催化剂原位动态结构演变导致的几何结构和电子结构优化的配位不饱和金属活性中心是高效催化的关键。

首先，使受限于MOF孔道内的H ₂ O分子与等离子体活化的CO ₂ 分子充分接触。同时利用等离子体诱导MOF催化剂进行原位结构演变，产生配体缺陷促使更多配位不饱和金属位点成为催化活性中心，并通过各种表征证实了结构缺陷的存在。

进一步通过Cu-K边的χ(R)空间光谱证明，在原始Cu-BTC中，中心Cu离子与O原子的配位数为5；催化反应进行0.5分钟和1.0分钟后，催化剂中Cu离子的配位数逐渐减少，说明随着反应时间延长，配体缺陷增多，催化剂中配位不饱和Cu位点数量增加，利于催化反应过程中高效吸附和活化惰性CO ₂ 和H ₂ O分子。

性能研究显示，相比于CuO和Fe ₂ O ₃ ，三维多孔MOF结构在协同等离子体催化CO ₂ 和H ₂ O高效制备合成气中起到关键作用。其中Cu-BTC催化剂随着反应时间从0.25分钟延长到1.0分钟，CO ₂ 转化率从22.5%急剧提高到61.9%，说明了配体缺陷诱导的更多配位不饱和金属活性位点导致了CO ₂ 和H ₂ O的高效转化。进一步调控催化反应条件，产物合成气中H ₂ /CO的比例在0.05:1-4.3:1范围内可调。