编辑推荐：
推荐
为解决高效稳定 D-A 共轭有机聚合物（COPs）光催化剂合成难题及超低浓度 CO?还原需求，研究人员通过 DFT 分析共轭程度，设计合成偶氮功能化 COPs（Azo-X）。发现 Azo-PZ 在 1% CO?中 CO 产率达 92.8 μmol?g?1?h?1，稳定性优异，为 COPs 光催化剂设计提供新思路。
论文解读
研究背景与意义
随着人类对化石燃料的高度依赖，大量 CO?被排放到大气中，引发全球变暖、气候变化和海平面上升等环境危机。将 CO?转化为高附加值产品是缓解这一危机的有效途径，光催化技术因能在温和条件下利用阳光将 CO?转化为 CO、CH?等物质而备受关注。然而，目前多数光催化剂主要用于高浓度或纯 CO?的转化，而高浓度 CO?通常需从低浓度 CO?捕获，过程能耗极高。超低浓度 CO?的稀释效应会降低其与催化剂活性位点的接触概率，导致催化反应动力学缓慢，开发具有高活性、选择性和稳定性的低浓度 CO?转化光催化剂成为重大挑战。
多孔有机聚合物因其 π 共轭结构和多孔特性，在低浓度 CO?还原中展现出优势，但其存在电荷分离效率有限和稳定性不足等问题。基于此，浙江省级工业锅炉与炉窑烟气污染控制工程研究中心等机构的研究人员开展了相关研究，旨在设计合成高效稳定的 D-A 共轭有机聚合物（COPs）光催化剂，该研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上，为解决低浓度 CO?转化难题提供了新方向。
主要技术方法
研究人员运用密度泛函理论（DFT）分析芳香族单体的共轭程度，筛选出联苯胺作为电子供体基团，五种吡啶模拟分子（对二甲苯（DMB）、吡啶（PD）、嘧啶（PMD）、吡嗪（PZ）、三嗪（TZ））作为电子受体基团。通过水 / 1,2 - 二氯乙烷界面的一步法（重氮偶联反应）合成偶氮功能化 COPs 光催化剂（Azo-X）。采用同位素示踪实验、原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）测试和 DFT 计算等手段探究催化机理。
研究结果
- 材料合成与表征：通过界面合成法成功制备了 Azo-X 系列光催化剂，该方法在温和条件下实现了聚合物的可控合成，为 COPs 的制备提供了新的有效途径。
- 光催化性能评估：在模拟阳光照射和 1% CO?氛围、水蒸气条件下，无需添加任何牺牲试剂或光敏剂，Azo-X 表现出优异的活性和选择性。其中，Azo-PZ 的 CO 产率最高，达 92.8 μmol?g?1?h?1，且能稳定运行 120 小时。这表明 Azo-PZ 在超低浓度 CO?还原中具有显著优势。
- 吸附与电荷分离机制：进一步研究发现，Azo-PZ 对超低浓度 CO?具有出色的吸附能力，这归因于其丰富的亲 CO?位点。同时，其强大的 D-A 结构使其电荷分离效率最佳，稳定性优异。这些特性共同保障了 Azo-PZ 的高效催化性能。
研究结论与讨论
本研究通过 DFT 计算筛选典型供体和受体芳香族单体，综合考虑 D-A 结构稳健性、偶联方式、亲 CO?位点等因素，构建了高效的 D-A COPs 光催化剂 Azo-X。Azo-PZ 在超低浓度 CO?光催化还原中表现出卓越的活性、选择性和稳定性，其优异性能源于丰富的亲 CO?位点和高效的电荷分离效率。该研究为设计合成高效稳定的 COPs 光催化剂提供了有价值的见解，有望推动低浓度 CO?转化技术的发展，为缓解全球环境危机提供新的技术支撑。研究结果表明，合理设计分子结构和优化合成方法是提升光催化剂性能的关键，为后续相关研究奠定了重要基础。
