合成气是化学工业中一类重要原料，目前合成气的生产主要采用天然气催化重整和煤气化工艺，高度依赖化石原料，造成了环境和能源的双重压力。随着化工产业发展和产业链完善，对合成气的需求持续增长。光催化还原CO2制合成气是解决能源和环境挑战的一种重要技术，在实现国家“碳达峰”与“碳中和”的过程中具有重要地位。虽然多种半导体材料被用作光催化剂，但大多数光催化体系仍面临光生载流子分离效率低和迁移速率慢等问题，导致光催化反应活性较低。

共价三嗪基框架是一种理想的光催化CO2还原半导体材料。它们的大表面积、永久孔隙度和丰富的杂原子有利于CO2分子的吸附，而扩展的π共轭框架可以保证光诱导载流子的迁移性。尤其是由电子供体和受体交替单元组成的共价三嗪基框架表现出显著的电子推拉效应，导致HOMO和LUMO轨道的重新分布，从而降低能带隙，从而扩大可见光的收获，促进光电子的转移。然而，大多数主体骨架中缺乏催化活性中心，因此通常需负载贵金属助催化剂作为CO2还原催化活性位点，以获得高的光催化还原效率。为实现光生电子从光敏基元到活性位点的快速转移，设计合成具有分子内级联电子迁移的主客体共价连接的共价三嗪基框架催化材料，是提高光催化效率的必要条件。

近日，河北工业大学化工学院能源催化材料团队与井冈山大学光电转换与催化团队合作在共价三嗪基框架光催化剂研究中取得进展。提出了一种通过将金属配合物共价接枝到基于供体-受体共价三嗪的框架中的整合策略。通过将钴2,4-二（吡啶-2-基）-1,3,5-三嗪 配合物共价接枝到共价三嗪基框架中组成了扩展π共轭框架的集成光催化体系。与已有报道的含有共催化剂的主-客体光催化体系不同，电子从光敏剂单元到活性位点的分子内级联迁移显著降低了光生载流子迁移的能量屏障，促进了其分离和转移。同时，由于共价三嗪基框架对可见光的广泛吸收以及催化活性位点对CO2的选择性吸附和活化，该光催化体系在可见光照射下具有高效且持久的光催化CO2还原性能。

该研究不仅为开发集成的异构系统以抑制光生电荷载体的重组，实现太阳能到化学的转化开辟了一条新的途径，而且为太阳能驱动烟道中的CO2转化为合成气提供了一种方案。

相关研究成果以“The Reduced Barrier for the Photogenerated Charge Migration on Covalent Triazine-based Frameworks for Boosting Photocatalytic CO2 Reduction into Syngas.”为题发表在Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adfm.202417109，王瑞虎研究员和钟鸿教授为论文通讯作者，博士生孔科为论文第一作者。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202417109