近日，我院兰亚乾教授团队在光和电催化CO₂还原领域取得了重要研究进展，在国际顶级期刊《Science Advances》上发表题为“Demystifying the roles of single metal site and cluster in CO₂ reduction via light and electric dual-responsive polyoxometalate-based metal-organic frameworks”的研究论文。我校是该论文的第一完成单位，论文第一作者为我院英才博士后黄青，兰亚乾教授是该论文唯一通讯作者。该研究受到了国家自然科学基金，中国博士后基金，江苏省自然科学基金优秀青年基金，广东省联合基金，广州市科技计划项目等项目的支持。

光或电催化CO₂还原（PCR或ECR）生成高价值产品切实符合碳中的战略目标要求，对于实现碳循环特别有吸引力。催化驱动力可以由太阳能或其他可再生电力提供。尽管这些方法涉及多种途径，但打破CO₂固有的能量屏障主要取决于催化剂的选择。因此，开发具有良好活性、所需选择性和强催化稳定性的高性能光电催化剂具有重要意义。此外，构效关系是合理设计新型催化剂的另一个重要参数。单金属位点和金属簇在PCR和ECR过程中共存的影响仍然很难明确。因此，建立一个精确的晶体模型来研究催化性能和机理，特别是单金属位点和金属簇之间的催化活性、选择性和相互影响是非常重要的。

兰亚乾课题组成功利用金属卟啉（M-TCPPs）和还原性多金属氧酸盐（POM）构建了一系列基于多酸基金属有机框架化合物（M-POMOFs）。在PCR和ECR反应过程中研究了M-POMOFs的催化活性和选择性，特别是集中于单金属位点和POM簇作用。其中，在PCR反应中，通过可见光驱动Fe-POMOF催化剂还原CO₂，产生922 μmol g^-1 CH₄，选择性为97.2%。而在ECR反应中，在-0.7 V时，Fe-POMOF催化剂将CO₂转化为CO的法拉第效率达到92.1%。Fe-POMOF催化剂被证明可以通过使用结构中的不同催化活性组分同时完成高效的光催化和电催化CO₂还原反应。更重要的是，该结果使用该模型催化剂系统分别研究了不同催化活性单元（单金属活性位点和多金属活性簇）在光驱动和电驱动CO₂还原反应期间对还原产物种类和催化性能（活性、选择性、耐久性等）的影响。此外，结果表明，在光/电外部刺激下的反应过程中，电荷转移方向完全相反，直接导致最终还原产物以及催化性能的变化。研究中设计的结构-性质关系对于启发未来设计和合成用于双功能催化反应（光催化和电催化）或光电偶联反应的高性能催化剂具有重要意义。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add5598

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