华南理工大学在低浓度二氧化碳选择性光催化还原研究方面取得重要进展

华南理工大学林璋教授团队在低浓度 CO ₂ 选择性光催化还原研究方面取得重要进展。研究成果以“Ni Metal–Organic Frameworks Monolayers for Photoreduction of Diluted CO ₂ : Metal-Nodes-Dependent Activity and Selectivity”（镍金属有机骨架单层片的低浓度 CO ₂ 光催化还原：依赖于金属节点的活性和选择性）为题，近期在 Angewandte Chemie (德国应用化学)上在线发表，并入选Very Important Paper (VIP)。

现代工业的快速发展带来含 CO ₂ 的工业废气大量排放，是造成全球气候变暖等生态环境危机的主要原因之一。利用光催化技术在太阳能驱动下直接将低浓度 CO ₂ 还原为化工原料或碳基燃料，可为工业废气资源化利用、减缓全球气候变暖提供潜在解决途径。然而，由于 CO ₂ 分子的高稳定性、复杂的多电子反应过程，高效高选择性仍然是 CO ₂ 光催化还原面临的一个重要挑战。因此，实现 CO ₂ （特别是低浓度 CO ₂ ）高效高选择性光催化还原具有重要意义。

针对上述关键问题，林璋教授团队制备了一种镍金属有机骨架单层片（NiMOLs）催化材料，实现了低浓度 CO ₂ （10%，模拟工业废气中的 CO ₂ 含量）高效高选择性光催化还原（图1a-b）。对比同构的钴金属有机骨架纳米片（Co MOLs），结合DFT计算发现，虽然Ni MOLs的光生电子传输能力较差、COOH*活化能垒较高，但其具有明显更强的 CO ₂ 亲和能和更弱的 H ₂ O 亲和能（图1c-d），有利于低浓度 CO ₂ 的吸附。此外，通过合成其它Ni/Co MOFs, 验证了镍基MOFs在低浓度 CO ₂ 高选择性光催化方面具有普遍的优越性。这项研究为提高 CO ₂ 光催化还原的活性和选择性提供了新思路，为废气资源化利用指引了新方向。