南大孙为银/扬大郭帆Angew：设计高效还原CO2至乙烯的MOF光催化剂

金属有机框架（MOFs）光催化剂因具有有趣的结构、良好的稳定性、理想的耐用性等特点受到了广泛关注。此前孙为银教授（点击查看介绍）课题组设计了一系列MOFs纳米材料的合成策略，并开展了光催化的活性、选择性与其晶面/尺寸依赖关系的研究（ACS Catal. 2022, 12, 9486-9493; Chem. Sci. 2019, 10, 4834-4838; ACS Catal. 2019, 9, 8464-8470）。MOFs材料可以光催化还原CO₂生成C1产物。乙烯（C₂H₄）是一种高价值的多烃产品，然而由于光催化体系中多电子转移效率低且加氢竞争步骤动力学缓慢，导致极少生成C2产物。本工作利用温和、简便的油浴法制备了N,S共掺杂的铁基MOF材料，并在可见光催化还原CO₂的反应中实现了高效C2产物C₂H₄的生成（图1）。

图1. N,S共掺杂铁基MOF材料的制备工艺及光催化应用原理图。

合成的N,S共掺杂MOF呈现双锥体六棱柱形貌，与原始MOF基本一致。同步辐射结果得出其结构中Fe−N配位的形成和Fe周围电子密度无序性的增加（图2）。这些都将在催化过程中发挥重要作用。

图2. N,S共掺杂铁基MOF的XAS分析。

模拟太阳光的体系评价了不同铁基MOF催化剂还原CO₂的性能（图3）。利用N,S共掺杂铁基MOF作为催化剂，在该系统中检测到除了CO和CH₄，还有C₂H₄的高效生成。为了深入揭示N,S共掺杂铁基MOF高效催化还原CO₂至C₂H₄的原因，作者进行了原位红外的相关测试。在此过程中，他们观察到了C2生成的中间体，这为C₂H₄的产生提供了强有力的证据。因此，N,S共掺杂铁基MOF催化剂中Fe−N配位活性位点和未配位S缺陷的协同作用促进CO₂还原为C−C偶联产物。

图3 N,S共掺杂铁基MOF光催化还原CO₂性能分析。

相关工作近期发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。感谢扬州大学、南京大学以及劳伦斯伯克利国家实验室Jeffrey J. Urban教授、杨思卓博士等专家老师对本工作的大力支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Designing Heteroatom-Codoped Iron Metal–Organic Framework for Promotional Photoreduction of Carbon Dioxide to Ethylene

Fan Guo,* Rui-Xia Li, Sizhuo Yang, Xiao-Yu Zhang, Hongjian Yu, Jeffrey J. Urban, and Wei-Yin Sun*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202216232

通讯作者介绍

郭帆，扬州大学化学化工学院硕士生导师。本科毕业于安徽师范大学，博士毕业于南京大学，师从孙为银教授。从事配位化学、材料化学和催化能源的交叉工作，围绕“碳达峰 碳中和”前沿课题，重点探索基于MOFs纳米材料的形貌设计与光催化还原二氧化碳的研究。现主持国家自然科学基金青年项目1项，获得江苏省“双创博士”等多个人才项目。以第一作者身份在Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、ACS Catal.、J. Mater. Chem. A等杂志上发表SCI论文多篇。

孙为银，南京大学化学化工学院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。无机化学学报常务副主编，中国化学快报副主编。J. Coord. Chem.编委，CrystEngComm顾问编委。中国化学会第28届、29届理事会理事和无机化学学科委员会主任（2011-2018年），第一届监事会监事，中国晶体学会第五届、六届理事会理事。2014年入选英国皇家化学会会士，2014-2021年连续入选爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者榜单。已在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Sci.、Adv. Funct. Mater.、ACS Catal.等杂志上发表SCI论文400余篇。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11576