近日，國(guó)際權(quán)威期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）發(fā)表化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院汪成教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，系統(tǒng)揭示了三維共價(jià)有機(jī)框架孔道環(huán)境對(duì)光催化CO₂還原性能的影響。

論文題為《定制化金屬卟啉基三維共價(jià)有機(jī)框架用于增強(qiáng)光催化CO₂還原》（“Tailored Metalloporphyrin-based Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks for Enhanced Photocatalytic CO₂ Reduction”，J. Am. Chem. Soc. 2026, DOI: 10.1021/jacs.5c17816）。武漢大學(xué)博士研究生何明慧、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所博士研究生王瑤和北京科技大學(xué)馬源博士為論文共同第一作者，汪成教授、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所吳驪珠院士、李旭兵研究員和北京大學(xué)孫俊良教授為共同通訊作者。

光催化CO₂還原技術(shù)利用太陽(yáng)能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料和高附加值化學(xué)品，不僅是人工光合作用研究的核心內(nèi)容，也被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要途徑之一。然而，該技術(shù)目前仍面臨諸多挑戰(zhàn)，亟需開發(fā)高效新型光催化劑。共價(jià)有機(jī)框架（COF）是一種新型晶態(tài)有機(jī)多孔材料，具有結(jié)構(gòu)可調(diào)、孔隙率高和穩(wěn)定性優(yōu)異等特點(diǎn)，在光催化CO₂還原領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。其中，三維COF具有較高比表面積、貫通孔道結(jié)構(gòu)和豐富開放活性位點(diǎn)，是進(jìn)一步提升光催化CO₂還原性能并揭示構(gòu)效關(guān)系的理想模型催化劑。但由于三維COF合成和結(jié)構(gòu)表征面臨挑戰(zhàn)，其孔道環(huán)境（如催化中心和孔徑）對(duì)光催化性能的影響，尚未有系統(tǒng)研究。

本文中，他們首先基于課題組前期工作，構(gòu)筑了一系列同構(gòu)金屬卟啉基三維COF（3D-MPor-COF，M = Co，Ni，Pt）。光催化CO₂還原結(jié)果表明，卟啉中不同金屬中心顯著影響光催化性能，其中3D-CoPor-COF性能最優(yōu)，CO生成速率為11.3 mmol g^-1 h^-1（選擇性91.9%）。進(jìn)一步，他們通過延長(zhǎng)構(gòu)筑單元，定向構(gòu)筑了孔徑更大的3D-CoPor-Ph-COF，使CO生成速率提升至20.7 mmol g^-1 h^-1（選擇性95.4%）。機(jī)理研究表明，孔徑增大顯著提升了傳質(zhì)速度與擴(kuò)散效率，使溶劑（特別是水）和CO₂能夠更順暢地抵達(dá)催化中心，進(jìn)而加速催化還原進(jìn)程，提升光催化效率。該研究不僅證實(shí)孔道環(huán)境調(diào)控在三維COF光催化中的重要性，還為三維COF構(gòu)效關(guān)系研究提供了重要啟示，為進(jìn)一步拓展其應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金及學(xué)校科研公共服務(wù)條件平臺(tái)的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c17816

汪成課題組鏈接：http://chengwang.whu.edu.cn/