由于原子利用率的提高和結構明確的電子轉移過程，用于構建先進催化材料的二維金屬有機層（MOL）的層級自組裝引起了人們的極大興趣。然而，通過層級自組裝過程構建具有單層/少層厚度的原子級精確的光催化材料，仍然是一個重要挑戰(zhàn)，主要是因為傳統(tǒng)的非共價相互作用難以控制復雜的長程有序過程。近日，常州大學石油化工學院吳大雨教授團隊，成功構建了自組裝單層π粘附二維框架材料(Fe/Co/FeCo-πMOL)，作為高效的原子級催化劑，以期實現(xiàn)碳資源的高效利用和溫室氣體的轉化。相關研究工作以題為“π-Sticked Metal?Organic Monolayersfor Single-Metal-Site Dependent CO2 Photoreduction and Hydrogen Evolution Reaction”發(fā)表在材料科學領域頂級期刊Small（DOI: 10.1002/smll.202309194）。
該研究報道了一類四重π粘連金屬?有機層（π-MOL），其厚度約為1.0 nm，具有棋盤狀晶格，可以在單原子水平上操縱光催化選擇性，以實現(xiàn)在單個金屬位點上操縱高效的CO2還原反應（CO2RR）和析氫反應（HER）。在飽和CO2乙腈水溶液中，F(xiàn)e-πMOL表現(xiàn)出高效的CO2RR，收率約為3.98 mmol g?1·h?1，選擇性為91.7%。相比之下，在相同條件下，同構Co-πMOL和混合金屬FeCo-πMOL表現(xiàn)出較高的HER活性。DFT計算結合原位FT-IR研究表明，單原子金屬Fe位點和Co位點在CO2吸附能和活化勢壘方面表現(xiàn)出顯著差異，分別觸發(fā)高選擇性CO2RR和HER。這項工作顯示出超分子π...π弱相互作用構建單層MOL光催化劑的優(yōu)勢，使得單金屬催化位點均勻分布在二維框架結構，構建了高效人工光合作用。
常州大學石油化工學院研究生劉哲和謝揚斌為論文的共同第一作者，吳大雨教授為論文的通訊作者。該工作受到國家自然科學基金重大研究計劃、面上項目、江蘇省高等學校優(yōu)勢學科和中國科學院合肥強磁場科學中心的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202309194
