一种受生物启发的多氧钛簇，通过氢键作用实现高效的光催化二氧化碳还原

《Materials Horizons》：A bioinspired polyoxo-titanium cluster for efficient photocatalytic CO2 reduction assisted by hydrogen bonding

生物仿生聚氧钛簇通过非共价定位调控CO?光还原活性，氨基与磷酸基协同提升活性6倍，DFT揭示氢键网络增强吸附与活化路径，优化电荷离域促进高效电荷转移。

　　

设计具有明确方向性和光催化活性的功能性网站对于高效利用空间分离的光生载流子以及实现高光催化性能至关重要。在此研究中，我们受到自然光合作用的启发，成功开发了一系列磷酸酸官能化的多钛氧簇。我们发现，围绕催化中心策略性地定位非共价相互作用在调节二氧化碳（CO?）还原性能方面起着关键作用。值得注意的是，在钴-氮活性位点附近引入富含质子的磷酸基团与氨基时，光催化二氧化碳还原活性提高了六倍。其中，经过改性的NH?-BQTiCo簇在可见光下表现出优异的二氧化碳光还原性能，其二氧化碳产率高达1456 μmol g?1 h?1。将实验结果与密度泛函理论（DFT）计算相结合后发现，催化中心周围的强分子间氢键作用可以显著增强二氧化碳的吸附，并促进更顺畅的活化路径。这项工作提出了一种仿生设计策略，用于优化多钛氧簇内的电子离域，从而促进高效的分子内电荷转移，进而实现高性能的二氧化碳光还原。