贾长超副教授AFM：活性位点协同拉伸应变增强光催化CO2还原制甲酸研究

太阳能驱动的光催化CO₂还原技术能够将温室气体CO₂转化为清洁能源载体及高附加值的碳基化学品，为实现碳减排与能源可持续发展提供了极具前景的绿色解决方案。HCOOH在众多光催化CO₂还原产物中，因其在技术和经济角度具有最高的净现值，被视为氢能储存和燃料电池的理想替代品。但传统催化体系存在光生载流子复合快和表面反应动力学迟缓两大挑战，导致HCOOH选择性与产率受限。因此，开发能够实现高选择性和高效生产HCOOH的光催化材料具有重要的研究价值与意义。

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，即通过双金属有机框架（BMOFs）原位拓扑转化构建活性位点，并结合应变工程调控，以提升光催化还原CO₂生成甲酸的性能。该研究成果以“Construction of Atomically Dispersed Ni on Tensile-Strained TiO₂for Enhanced Photocatalytic Reduction of CO₂to HCOOH”为题，发表于材料科学领域一区TOP期刊Advanced Functional Materials上（IF=19）,相关链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202515558。本研究以青岛科技大学为第一单位，材料学院硕士研究生任守灿为第一作者，贾长超副教授为通讯作者。

本研究通过双金属有机框架的原位拓扑转化方法，成功合成了具有拉伸应变的Ni/TiO₂催化剂。通过调控乙二醇/水混合溶剂的比例（体积比为3:1时，晶格拉伸应变为3%），精确控制TiO₂载体的应变程度，实现原子级分散的五配位Ni物种嵌入TiO₂晶格中，成功构建拉伸应变的Ni/TiO₂催化剂（Ni/TiO₂-EG45）。诱导的应变不仅有效促进了光生载流子的高效分离与迁移；而且增强了催化剂对CO₂的吸附能力，使Ni/TiO₂-EG45催化剂生成甲酸的产率达到140.0 μmol g⁻¹h⁻¹（其产率约为低应变催化剂的5倍）。进一步研究表明，在反应体系中引入H₂O₂可有效促进质子耦合电子转移过程，从而加速CO₂还原生成HCOOH的反应速率，使甲酸产率提升至242.7 μmol g⁻¹h⁻¹，且产物选择性近100%，性能达到同类催化剂的先进水平。该应变工程的新奇构筑策略为高效光催化体系中反应微环境与载流子动力学行为的调控提供了新的指导思路。

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。