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合理设计强大的光催化系统，以直接捕获和原位转化烟气中的稀释二氧化碳（ CO ₂ ），是实现碳中和的一种有前景但具有挑战性的方法。

2024年10月11日，哈尔滨理工大学 张凤鸣 教授、华南师范大学 兰亚乾 教授在国际顶级期刊 Nature Communications 发表题为《Artificial photosynthetic system for diluted CO ₂ reduction in gas-solid phase》的研究论文 。

在这里，作者报道了一种新型主-客体光催化剂，通过整合富含 CO ₂ 的离子液体和光活性金属有机骨架PCN-250-Fe ₂ M（M =Fe，Co，Ni，Zn，Mn），用于气固相人工光合作用还原稀释的CO ₂ 。

结果表明，[Emim]BF ₄ (39.3 wt%)@PCN-250-Fe ₂ Co表现出创纪录的高CO ₂ -CO的还原率，在纯CO ₂ 气氛下为313.34 μmol g ⁻¹ h ^{− 1} ，在稀释CO ₂ （ 15%）下为153.42 μmol g ⁻¹ h ^-1 ，选择性约为100%。

在使用1.0 g催化剂和自然阳光照射的放大实验中，纯CO ₂ 和稀释CO ₂ （15%）的浓度可分别明显降低至85%和10%以下，显示出其工业应用潜力。

进一步的实验和理论计算表明，离子液体不仅有利于CO ₂ 富集，而且与PCN-250-Fe ₂ Co中的Co ²⁺ 位点形成协同效应，使得CO ₂ 转化为CO的速率决定步骤中的吉布斯能垒显著降低。

图1：传统CO ₂ 利用技术与研究中直接捕获和原位转化稀释CO ₂ 的新策略

图2：[Emim]BF ₄ @PCN-250-Fe ₂ M的合成过程和表征

图3：不同条件下[Emim]BF ₄ @PCN-250-Fe ₂ Co光催化CO ₂ 转化性能

图5：PCN-250-Fe ₂ Co和[Emim]BF