合成氣是化學工業中一類重要原料，目前合成氣的生產主要采用天然氣催化重整和煤氣化工藝，高度依賴化石原料，造成了環境和能源的雙重壓力。隨著化工產業發展和產業鏈完善，對合成氣的需求持續增長。光催化還原CO2制合成氣是解決能源和環境挑戰的一種重要技術，在實現國家“碳達峰”與“碳中和”的過程中具有重要地位。雖然多種半導體材料被用作光催化劑，但大多數光催化體系仍面臨光生載流子分離效率低和遷移速率慢等問題，導致光催化反應活性較低。

共價三嗪基框架是一種理想的光催化CO2還原半導體材料。它們的大表面積、永久孔隙度和豐富的雜原子有利于CO2分子的吸附，而擴展的π共軛框架可以保證光誘導載流子的遷移性。尤其是由電子供體和受體交替單元組成的共價三嗪基框架表現出顯著的電子推拉效應，導致HOMO和LUMO軌道的重新分布，從而降低能帶隙，從而擴大可見光的收獲，促進光電子的轉移。然而，大多數主體骨架中缺乏催化活性中心，因此通常需負載貴金屬助催化劑作為CO2還原催化活性位點，以獲得高的光催化還原效率。為實現光生電子從光敏基元到活性位點的快速轉移，設計合成具有分子內級聯電子遷移的主客體共價連接的共價三嗪基框架催化材料，是提高光催化效率的必要條件。

近日，河北工業大學化工學院能源催化材料團隊與井岡山大學光電轉換與催化團隊合作在共價三嗪基框架光催化劑研究中取得進展。提出了一種通過將金屬配合物共價接枝到基于供體-受體共價三嗪的框架中的整合策略。通過將鈷2,4-二（吡啶-2-基）-1,3,5-三嗪 配合物共價接枝到共價三嗪基框架中組成了擴展π共軛框架的集成光催化體系。與已有報道的含有共催化劑的主-客體光催化體系不同，電子從光敏劑單元到活性位點的分子內級聯遷移顯著降低了光生載流子遷移的能量屏障，促進了其分離和轉移。同時，由于共價三嗪基框架對可見光的廣泛吸收以及催化活性位點對CO2的選擇性吸附和活化，該光催化體系在可見光照射下具有高效且持久的光催化CO2還原性能。

該研究不僅為開發集成的異構系統以抑制光生電荷載體的重組，實現太陽能到化學的轉化開辟了一條新的途徑，而且為太陽能驅動煙道中的CO2轉化為合成氣提供了一種方案。

相關研究成果以“The Reduced Barrier for the Photogenerated Charge Migration on Covalent Triazine-based Frameworks for Boosting Photocatalytic CO2 Reduction into Syngas.”為題發表在Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adfm.202417109，王瑞虎研究員和鐘鴻教授為論文通訊作者，博士生孔科為論文第一作者。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202417109