论文奖励丨CO₂变身工业原料有多难？安徽大学黄茹婷课题组用“不对称双位点”交出高分答卷

安徽大学黄茹婷课题组在《Advanced Science》上发表最新研究成果，成功设计出一种新型铜-锌双金属位点光催化剂（CuZn-E-d-MOF），通过偶极限域效应（DLDF）诱导不对称C–C偶联，将CO₂光还原为乙烯的产率提升至308.72 μmol g⁻¹ h⁻¹，乙烯选择性高达98.4%，几乎完全抑制CO副产物生成。该工作首次揭示了不对称双金属位点与局域电场协同促进C–C键形成的微观机制，为光催化CO₂制高附加值多碳产物提供了全新设计思路。

第一作者：马培东、硕士研究生

通讯作者：黄茹婷、副教授

发表期刊：Advanced Science

影响因子(IF):14.1

实验方向：光催化CO₂

发表单位：安徽大学、黄茹婷课题组

https://doi.org/10.1002/advs.202521670

MC-SPB10pro

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该工作通过构建具有不对称电荷分布和局域偶极限制电场（DLDF）的CuZn双金属位点，实现了高效的光催化CO₂还原至C₂H₄。CuZn-E-d-MOF催化剂在光催化过程中展现出优异的活性和选择性。作者报道了一种新型的铜锌双金属催化剂（CuZn-E-d-MOF），它是由乙二胺四乙酸(EDTA)接枝到富缺陷的Ti-MOF骨架(d-Ti-BPDC)上合成的。该催化剂具有优良的光催化CO₂还原活性，乙烯产率为308.72µmol·g^-1·h^-1，电子选择性高达98.4%。铜锌双位通过不对称的电荷分布和形成偶极限制域场(DLDF)，促进了多电子转移和C-C耦合，从而增强了CO₂中间体的吸附和活化。密度泛函理论计算表明，Cu²⁺/Cu⁺对稳定了*CO中间体，促进了C─C键的形成，而Zn促进了轨道杂化，促进了Cu-Zn中心和*CO-*CO中间体之间的电子转移。原位FTIR分析证实了*CO-*CO偶联中间体的生成，说明了C₂产物的高选择性。这项工作突出了不对称双金属中心和局域电场在CO₂光还原中的作用，为高效合成多碳产品提供了一种有前途的策略。

本研究通过创新性地在缺陷Ti-MOF上接枝EDTA分子，成功构建了结构稳定的不对称Cu-Zn双金属位点光催化剂（CuZn-E-d-MOF）。该催化剂在光催化CO₂还原中展现出卓越的C₂H₄产率（308.72 μmol g⁻¹ h⁻¹）和高达98.4%的电子选择性，几乎完全抑制了CO副产物。其核心突破在于首次将偶极限域效应（DLDF）应用于C–C偶联过程：不对称的Cu-Zn电荷分布产生强局域电场，有效稳定CO中间体并降低二聚化能垒。同时，Cu²⁺/Cu⁺动态价态循环（Cu²⁺活化CO₂，Cu⁺主导CO–*CO偶联）与Zn²⁺的电子结构调控（缩短d-p轨道间距、增强杂化）协同作用，结合原位红外和DFT计算验证的完整反应路径，从催化剂设计、电荷分离、中间体稳定到C–C键形成，全方位揭示了高效、高选择性生成多碳产物的新机制。

图1. a)CuZn-E-d-MOF光催化剂的合成工艺。b)电子显微镜和c)CuZn-E-d-MOF的HRTEM图像。d)高角度环形暗场扫描电子显微镜(HAADF-STEM)图像，e)A位和B位的双原子间距测量，f)CuZn-E-d-MOF的能谱元素图。