苏州大学彭扬课题组：巯基功能化的金属-有机框架限域超高负载量等离子体纳米颗粒用于光催化CO₂还原为CO和碳氢化合物

金属-有机框架（MOF）作为多孔材料，是制备具高分散性的等离激元纳米光催化剂的良好载体。然而，由于纳米颗粒易于从框架内部迁移，使得该类复合材料的等离激元金属负载量较低，成为制约其光催化性能的瓶颈。

苏州大学彭扬课题组 基于巯基-金属相互作用，报道了一种具有超高银纳米粒子负载量的Ag@UiOS复合材料用于高效CO ₂ 光还原。通过在UiO-66的单体上引入巯基，该组有效地将银纳米颗粒限域在MOF孔道中，抑制了其从孔道中浸出，最终Ag金属的负载量高达51.2%。超高的负载量使得Ag纳米颗粒的等离基元共振效应得到了有效的增强，该催化剂催化CO ₂ 还原产CO速率达到了142µmol·g ^-1 ·h ^-1 ，超过了大多数已报道的光催化剂。同时，由于等离激元体诱导的热电子注入增强了材料内部的电荷转移动力学，该催化剂还成功催化了大量碳氢化合物的生成。本文提出了一种构建具有超高负载量的限域等离子体纳米颗粒的简单策略，并证明其在光催化CO ₂ 还原中的卓越性能。

Figure 1 Characterization of Ag@UiOS synthesized using the "ship in a bottle" approach.(a) Schematic diagram of the synthesis process of Ag@UiOS material. (b) SEM image, (c) TEM image, (d) Cross-sectional AC-TEM image, (e) SAED image, (f) Cross-sectional AC-TEM mapping of Ag1@UiOS. (j, k, l, m) Cross-sectional AC-TEM images corresponding to Ag _0.2 @UiOS, Ag _0.5 @UiOS, Ag ₁ @UiOS, and Ag ₂ @UiOS.

Figure 2 Series characterization of UiO-66-(SH) ₂ and Ag _x @UiOS. (a) XRD pattern, (b) FT-IR spectrum, (c) UV-vis diffuse reflection spectrum, (d) high-resolution XPS spectrum of S 2p, (e) high-resolution XPS spectrum of Ag 3d, and (f) ESR spectrum.

Figure 3 Photocatalytic performance of Ag@UiOS. (a) Comparison of the photocatalytic CO ₂ reduction performance of Ag@UiOS under full spectrum condition. (b) Comparison of the total electron transfer numbers in the photocatalytic CO ₂ reduction of Ag@UiOS under full spectrum (over a 4-hour period) condition. (c) Comparison of the photocatalytic CO ₂ reduction selectivity of Ag@UiOS under full spectrum (over a 4-hour period) and λ > 490 nm (over a 24-hour period) conditions. (d) Performance comparison with literature in the field.

Figure 4 Mechanistic study of the enhanced CO ₂ reduction performance of Ag@UiOS. (a) Diagram of Schottky barrier formation. (b) Steady-state PL spectra for UiO-66-(SH) ₂ , Ag _0.2 @UiOS, Ag _0.5 @UiOS, Ag ₁ @UiOS, and Ag ₂ @UiOS. (c) Comparison of the photocatalytic CO ₂ reduction performance of UiO-66-(SH) ₂ andAg ₁ @UiOS under different spectrum conditions. (d) Transient photocurrent responses (TPR) in 0.2M Na ₂ SO ₄ electrolyte.

彭扬， 苏州大学能源学院院长，教授、博导。担任江苏省先进负碳技术重点实验室副主任、苏州市低碳技术与产业化重点实验室主任。研究领域关注 CO ₂ 活化与催化转化、绿氢与二氧化碳耦合的基础与应用研究，探究金属-有机催化剂结构设计与微观调控对CO ₂ 分子活化与催化转化的影响。在 Science, J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci. 等期刊上发表60余篇学术论文。

团队主要研究方向：

功能化金属有机化合物二氧化碳资源化利用研究。近几年，团队依托江苏省先进负碳技术重点实验室和苏州市低碳技术与产业化重点实验室，探究金属-有机配合物的结构组装与微观调控对 CO ₂ 分子活化与催化转化的影响：

1）通过分子工程策略，精准设计并合成具有不同配位对称性的 M-N4、M-N3O（M=Ni，Cu）卟啉结构，并从多尺度揭示CO ₂ 还原过程中分子结构-化学性质-催化性能之间的关系（Nat. Commun. 2022, 13, 5122；J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 10550；Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202315922）；

2）通过模拟酶级联反应，构建金属-有机纳米催化剂，建立CO ₂ 电还原串联催化微反应体系（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2508；Adv. Mater. 2021, 33, 2101741；Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202312113；Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2315667）；

3）发展新型 CO ₂ 膜电极关键组件，构筑高能效、长寿命 CO ₂ 电解体系（Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2214609；Energy Environ. Sci. 2023, 16, 4423）。

Chen J, Su Y, Wang Y, et al. Ultrahigh loading of confined plasmonic nanoparticles within thiol-functionalized metal-organic frameworks for efficient photocatalytic CO ₂ reduction to CO and hydrocarbons. Nano Research, 2025, 18(2): 94907181. https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907181.

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