利用太阳光通过铜金属有机骨架(Cu-MOFs)催化剂将CO2催化转化为CH4，是有效降低能源消耗和解决环境问题的双赢途径。然而，目前已报道的MOFs光催化剂对于将CO2转化为CH4普遍存在着选择性差、产率低等问题。利用双金属位点策略构筑MOFs催化剂是一种简单且有效的方法。近日，能源与环境催化研究室在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上发表了具有长寿命分离态电荷的Cu-Fe双金属MOFs用于提高光催化CO2转化为CH4选择性的研究成果。研究团队利用Cu-Fe双金属位点策略，在已知结构的Cu-BTB MOFs框架基础上引入Fe离子制备了含[Cu2(COO)4]-Fe新型活性单元的Cu-BTB-Fe双金属位点MOFs。通过[Cu2(COO)4]-Fe活性单元可以有效提高光催化剂的光生电荷迁移与分离效率，极大地提高了光生电荷处于分离态时的衰减寿命。同时，[Cu2(COO)4]-Fe活性单元可以有效促进生成CH4的关键中间物种CHO*和CH3O*的生成，进而明显提高CO2转化为CH4选择性和生成速率。研究结果表明，在以乳酸为空穴牺牲剂，乙腈和水为溶液的反应体系中，Cu-BTB-Fe光催化剂的CH4的产率为32.20 μmol·g-1·h-1，选择性为69.24%，明显优于Cu-BTB (4.26 μmol·g-1·h-1，选择性为32.80%)。通过系统的表征和DFT计算证实，Fe离子与[Cu2(COO)4]中的羧基O原子之间配位构成[Cu2(COO)4]-Fe结构单元。同时，该结构单元存在是提高光催化还原CO2为CH4选择性的关键结构。这项研究为设计高效率的双金属MOFs基光催化剂提供重要参考，对进一步利用太阳光催化CO2还原，以降低能源消耗和解决环境问题具有重要意义。
相关研究工作发表在国际学术期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy，题目为“Cu-Fe bimetallic MOFs with long lifetime separated-state charge for enhancing selectivity for CO2 photoreduction to CH4”。河南大学纳米科学与工程研究院博士研究生杨华勇为论文第一作者，杨建军教授为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金和河南省自然科学基金等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124491。
