贾长超副教授ACS Nano：光催化CO2转化制备可调节合成气领域取得重要进展

在全球气候变化加剧与能源结构加速转型的双重背景下，将温室气体二氧化碳（CO₂）高效转化为高附加值燃料或化学品，已成为学术界与工业界协同攻关的重要前沿方向。光催化技术利用太阳能驱动二氧化碳与水反应，直接生成合成气（CO与H₂的混合气体，可作为费托合成的重要原料），因其过程低碳、路径绿色，被视为实现碳资源循环利用极具前景的技术路径。然而，传统光催化体系往往受限于活性位点结构不明确、反应动力学缓慢等问题，导致转化效率低下，且难以灵活调控产物比例，制约了其实际应用前景。

近日，我校材料学院贾长超副教授团队提出了一种创新性策略，即通过原位拓扑转化Co–Ti–EG双金属MOF前驱体，在应变TiO_2-x基底上构建了明确的钴活性位点，实现了合成气组成的精确调控。该研究成果以“Precise Engineering of Cobalt Sites on Strained TiO_2-xEnables Tunable Syngas Production via Photocatalytic CO₂and Water Conversion”为题，发表于材料/纳米科学领域一区TOP期刊ACS Nano上（IF=16.1）,相关链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.6c01855。本研究以青岛科技大学为唯一通讯单位，贾长超副教授为唯一通讯作者。

本研究以Co–Ti–EG双金属有机框架结构材料（Co–Ti–EG BMOFs）为反应前驱体，通过原位拓扑转化策略，成功构筑了具有原子级明确钴配位结构的位点特异性催化剂。该策略通过协同调控限域空间效应与基于精准螯合作用的金属离子缓释行为，实现了CoTiO₃晶相、非化学计量TiO_2-x基质，以及多种钴基活性中心——包括钴单原子（Co_SA）和钴纳米颗粒（Co_NP）——在富含氧空位且存在晶格应变的TiO_2-x载体上的可控集成与空间定向构筑。性能测试表明，Co_SA位点展现出优异的CO₂选择性还原性能，5h内CO生成速率达329.0 μmol g⁻¹；而Co_NP位点则主导析氢反应（HER），在无牺牲剂条件下实现H₂产率为123.7 μmol g⁻¹。二者协同应变TiO_2-x基质所赋予的高效电荷分离能力，共同实现了合成气（CO + H₂）的高活性与宽范围可调输出，CO:H₂摩尔比可在0.08–6.78区间精确调控。为突破水相体系中CO₂溶解度低、反应动力学迟滞等关键瓶颈，本研究进一步引入共溶剂DMF，从而同步提升总产物的收率及拓宽合成气产物的比例范围。该研究工作结合理论计算与原位光谱表征，不仅系统阐明了性位点结构与催化性能之间的构效关系，也为多功能、高选择性光催化体系的理性设计提供了新思路，有望为推动二氧化碳资源化利用可控化、定制化方向发展奠定重要科学基础。

上述研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金及青岛市自然科学基金等项目的资助。