由于原子利用率的提高和結構明確的電子轉移過(guò)程，用于構建先進(jìn)催化材料的二維金屬有機層（MOL）的層級自組裝引起了人們的極大興趣。然而，通過(guò)層級自組裝過(guò)程構建具有單層/少層厚度的原子級精確的光催化材料，仍然是一個(gè)重要挑戰，主要是因為傳統的非共價(jià)相互作用難以控制復雜的長(cháng)程有序過(guò)程。近日，常州大學(xué)石油化工學(xué)院吳大雨教授團隊，成功構建了自組裝單層π粘附二維框架材料(Fe/Co/FeCo-πMOL)，作為高效的原子級催化劑，以期實(shí)現碳資源的高效利用和溫室氣體的轉化。相關(guān)研究工作以題為“π-Sticked Metal?Organic Monolayersfor Single-Metal-Site Dependent CO2 Photoreduction and Hydrogen Evolution Reaction”發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Small（DOI: 10.1002/smll.202309194）。
該研究報道了一類(lèi)四重π粘連金屬?有機層（π-MOL），其厚度約為1.0 nm，具有棋盤(pán)狀晶格，可以在單原子水平上操縱光催化選擇性，以實(shí)現在單個(gè)金屬位點(diǎn)上操縱高效的CO2還原反應（CO2RR）和析氫反應（HER）。在飽和CO2乙腈水溶液中，Fe-πMOL表現出高效的CO2RR，收率約為3.98 mmol g?1·h?1，選擇性為91.7%。相比之下，在相同條件下，同構Co-πMOL和混合金屬FeCo-πMOL表現出較高的HER活性。DFT計算結合原位FT-IR研究表明，單原子金屬Fe位點(diǎn)和Co位點(diǎn)在CO2吸附能和活化勢壘方面表現出顯著(zhù)差異，分別觸發(fā)高選擇性CO2RR和HER。這項工作顯示出超分子π...π弱相互作用構建單層MOL光催化劑的優(yōu)勢，使得單金屬催化位點(diǎn)均勻分布在二維框架結構，構建了高效人工光合作用。
常州大學(xué)石油化工學(xué)院研究生劉哲和謝揚斌為論文的共同第一作者，吳大雨教授為論文的通訊作者。該工作受到國家自然科學(xué)基金重大研究計劃、面上項目、江蘇省高等學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科和中國科學(xué)院合肥強磁場(chǎng)科學(xué)中心的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202309194
