【JACS】突破性研究：缺陷工程稳定 Cu(I) 位点，实现高选择性 CO₂ 转化为甲醇

文章标题：Site-Specific Asymmetric Coordination Engineering in Defective Metal–Organic Frameworks Stabilizes Cu(I) Active Sites for Selective CO2-to-Methanol Photocatalysis
通讯作者：Yuanyuan Zhao* Guangshan Zhu* Hongzhu Xing* 文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c22163

文章概要

引言

二氧化碳的高效转化是应对能源危机与环境问题的关键挑战。甲醇作为重要的化工原料和清洁燃料，其制备过程备受关注。然而，CO₂ 还原为甲醇的光催化反应往往受到催化剂活性位点不稳定和选择性不足的限制。金属有机框架（MOFs）因其结构可调和高比表面积而成为理想的研究平台，但如何在其中稳定 Cu(I) 活性位点仍是难题。本文提出了一种基于缺陷工程和不对称配位的策略，成功在缺陷 MOFs 中构建稳定的 Cu(I) 位点，从而实现高效的 CO₂ 光催化转化。

主要实验及结论

研究团队通过在 MOFs 中引入结构缺陷，创造了独特的配位环境，使 Cu(I) 位点能够在不对称配位下保持稳定。实验表明，这些位点在光催化过程中表现出优异的选择性，能够高效地将 CO₂ 转化为甲醇，而副产物如 CO 或甲烷的生成显著减少。光谱学和理论计算进一步揭示了 Cu(I) 位点的电子结构特征，证实了不对称配位在稳定活性中心和促进反应选择性方面的关键作用。与传统催化剂相比，该策略显著提高了甲醇的产率和选择性，展示了缺陷工程在催化剂设计中的巨大潜力。

总结及展望

本文通过缺陷工程与不对称配位设计，成功在 MOFs 中稳定了 Cu(I) 活性位点，实现了 CO₂ 到甲醇的高选择性光催化转化。这一成果不仅为 CO₂ 资源化利用提供了新的解决方案，也为未来催化剂设计提供了可推广的思路。展望未来，研究者可进一步探索不同金属中心与配位环境的组合，以实现更高效、更可控的 CO₂ 转化。同时，该策略也有望应用于其他重要的能源转化与环境治理反应中，推动绿色化学与可持续能源的发展。