盡管存在緩慢的載流子遷移率，但是光催化仍然是一種利用太陽能生產(chǎn)綠色燃料的有吸引力和有前途的技術(shù)。其中，設(shè)計(jì)和制備先進(jìn)的建筑材料作為光催化劑是一種有效的方法，以提高基于半導(dǎo)體的光催化系統(tǒng)的性能。

基于此，新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文教授和內(nèi)蒙古大學(xué)谷曉俊教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種CoOx納米簇修飾金屬有機(jī)框架（MOF）衍生的分級(jí)有序多孔氮和碳共摻雜ZnO（N-C-ZnO）結(jié)構(gòu)的納米反應(yīng)器（CoO_x/N-C-ZnO），用于由可見光驅(qū)動(dòng)CO₂轉(zhuǎn)化為CO。

通過緊密堆積的PS模板化MOF結(jié)晶，然后通過兩步受控?zé)峤夂铣闪薈oO_x納米簇修飾的ZnO大孔納米反應(yīng)器（CoO_x/N-C-ZnO）。EXAFS結(jié)果揭示了CoOx簇中Co中心作為活動(dòng)位點(diǎn)的局部環(huán)境。實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)一步表明，CoOx簇不僅可以作為CO₂轉(zhuǎn)化為CO的反應(yīng)開關(guān)，而且還可以起到電子陷阱的作用，有效地抑制光生電荷的復(fù)合。與N-C-ZnO相比，密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)一步闡明了CoO_x/N-C-ZnO中對(duì)CO₂分子具有高親和力的CoOx納米團(tuán)簇的關(guān)鍵作用，其中Co位點(diǎn)d-帶中心的上移PDOS對(duì)氧化還原能力至關(guān)重要。

此外，由于設(shè)計(jì)的具有互連大孔通道的3D有序納米反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，CoO_x/N-C-ZnO催化劑在太陽光驅(qū)動(dòng)下表現(xiàn)出增強(qiáng)的CO₂光還原性能。該工作開發(fā)了一種設(shè)計(jì)精美的光催化劑，可實(shí)現(xiàn)高性能的CO₂光還原，這將為構(gòu)建用于各種太陽能-化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的先進(jìn)催化劑提供新思路。

Implanting CoO_x Clusters on Ordered Macroporous ZnO Nanoreactors for Efficient CO₂ Photoreduction. Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202204865.

https://doi.org/10.1002/adma.202204865.