专业计算 找量化计算：哈尔滨理工大学张凤鸣教授团队Adv. Funct. Mater.

要点1 创新异质结结构：通过共享配体（HHTP）构建了二维MOF（CAT-1）与COF（COF-316）的共价连接异质结，形成S型能带结构，显著提升光生载流子分离效率；

要点2 光热协同催化：CAT-1具备近红外光吸收与自热性能，协同COF-316的光催化活性，在无需外加光敏剂的条件下实现高效CO₂光热还原；

要点3 优异催化性能：最优样品（CAT-1/COF-316, 6:4）在气固相反应中CO产率达到263.63 μmol g⁻¹ h⁻¹，优于多数已报道的COF基及贵金属催化剂。

图1 材料设计与合成示意图

展示了CAT-1与COF-316通过共价键连接形成异质结的构建策略，强调了共享配体HHTP在界面连接中的关键作用。

图2 结构与组成表征

PXRD证实复合材料同时具备CAT-1与COF-316的晶体结构。

XPS显示O 1s中–OH信号消失，证实C–O–C共价键形成。

XAFS分析确认Ni为Ni–O₄配位结构，未形成金属团簇。

图3 形貌与元素分布

SEM与TEM显示CAT-1纳米棒均匀负载于COF-316花状结构表面，EDX mapping证实Ni、O、N元素均匀分布，表明异质结成功构建。

图4 光学性能与催化活性

UV-Vis DRS显示CAT-1/COF-316具有宽谱吸收，延伸至近红外区。

能带结构分析表明其满足CO₂还原与H₂O氧化的热力学要求。

催化性能测试显示6:4比例样品CO产率最高，且在自然光与稀释CO₂条件下仍保持良好活性。

图5 光热性能与载流子动力学

红外热成像显示CAT-1/COF-316在光照下温度迅速升高至100.9°C，具备优异光热转换能力。

瞬态吸收光谱与光电流测试表明异质结显著延长载流子寿命并提升分离效率。

图6 S型电荷转移机制验证

EPR与in situ XPS证实光照下电子从COF-316向CAT-1迁移，符合S型机制。

In situ DRIFTS捕获CO₂还原与H₂O氧化的关键中间体，揭示反应路径。

图7 理论计算与反应机理

DFT计算显示CAT-1/COF-316具有更低的CO₂还原能垒。

空穴-电子分布分析进一步验证S型电荷分离路径，增强氧化还原能力。

该研究通过共享配体策略成功构建了二维MOF/COF异质结CAT-1/COF-316，实现了光热协同催化CO₂还原的高效性能。该材料不仅具备宽光谱吸收与自热能力，还通过S型异质结促进电荷分离，显著提升催化效率。

N.-N. Zhang, Y. Sun, X.-R. Liu, et al. “2D MOF/COF Heterojunction for Efficient Photothermal Synergistic Catalysis of CO2 Reduction.” Adv. Funct. Mater. (2025): e23743.

https://doi.org/10.1002/adfm.202523743