华中科大王靖宇团队NC：In基MOF异质结，太阳光驱动CO2和H2O高效全光合作用

通过光催化同时将 CO ₂ 和 H ₂ O 转化为 HCOOH 和 H ₂ O ₂ 是一种模拟自然光合作用的创新方法。它能在接近室温 (298.15 K) 下激活坚固的 C=O 键，而这得益于光产生的电荷，避免了在高温下观察到的 H ₂ O ₂ 和 HCOOH 的分解。然而， CO ₂ 固有的化学稳定性和水的缓慢氧化要求开发能够有效驱动这些反应的高效光催化剂。

MOF 通过将金属离子与有机配体互连而组装而成，配位单元和有机连接体可以有效地利用光能作为光天线来诱导电荷载体的产生，随后电荷载体被转移到催化位点以促进反应。即便如此，单一的 MOF 结构也限制了整体光合作用效率。因此，需要在混合框架中包含特定的还原和氧化单元以增强其光催化活性，但创建这样的混合结构带来了巨大的合成挑战，包括复杂的多步骤合成和对精确的有机配体的需求，通常导致催化性能一般。在涉及耦合 H ₂ O 氧化和 CO ₂ 的光催化过程中还原过程中，光生电荷和吸收光能在所结合的组分和 MOF 结构之间的有效转移至关重要。这些转移需要精确的能量对准以及组分和 MOF 之间良好匹配的连接。此外，实现催化剂稳定性需要所结合的组分和 MOF 结构牢固结合。最后，对于催化整体光合作用的工业应用，在可见光范围内收获足够的太阳能至关重要。

华中科技大学王靖宇教授等研究人员 展示了一种基于 In 的金属有机框架 (MOF) 异质结构，即 In- 卟啉 (In-TCPP) 纳米片包裹 In-NH ₂ -MIL-68 (M68N) 核，这是通过一种简便的一锅合成方法实现的，该合成利用了两个具有 In 节点的有机连接体的竞争成核和生长。核 @ 壳 MOF 的相干界面确保了异质结构的结构稳定性，它将作为异质结发挥作用，促进光生电荷的有效转移，从而实现整体光合作用。 MOF 异质结构中的 In-TCPP 壳提高了 CO ₂ 吸附能力和可见光吸收，从而增强了光催化 CO ₂ 还原。同时， M68N 核心中的 In-O 位点可有效催化 H ₂ O 氧化，在聚焦阳光照射下可实现高产率的 HCOOH （ 397.5 μmol g ^-1 h ^-1 ）和 H ₂ O ₂ （ 321.2 μmol g ^-1 h ^-1 ）。该异质结构在整体光合作用中的优异性能，加上其简单的合成方式，显示出在减少碳排放和利用太阳能生产有价值的化学品方面具有巨大潜力。

相关研究成果2025年3月16日以“ Sunlight-driven simultaneous CO ₂ reduction and water oxidation using indium-organic framework heterostructures ”为题发表在 Nature Communications 上。

基于铟的金属 - 有机框架（ MOF ）异质结构的开发 ：文章报道了一种基于铟的 MOF 异质结构，即 In-TCPP 纳米片包裹 In-NH2-MIL-68 （ M68N ）核心，通过一步合成法利用两种有机配体与铟节点的竞争成核和生长来构建。这种异质结构为光催化二氧化碳还原和水氧化提供了新的材料体系。

高效的光催化性能 ：该异质结构在模拟太阳光照射下，能够实现高效的二氧化碳还原和水氧化，生成甲酸（ HCOOH ）和过氧化氢（ H ₂ O ₂ ），其产率分别为 397.5 μmol g ^-1 h ^-1 和