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针对等离子体金属纳米颗粒（NPs）易团聚、MOFs 微孔扩散阻力大等问题，研究人员开发原位热解策略合成 Au@H-UiO-66。其在 CO?环加成中氯丙烯碳酸酯产率达 92%，降低光活化能至 0.49 eV，为 NPs@H-MOFs 制备提供新路径。
在能源与环境领域的交叉研究中，如何高效利用太阳能驱动 CO?转化一直是科学界的焦点难题。传统光催化体系面临两大瓶颈：一是等离子体金属纳米颗粒（如金纳米颗粒）因高表面能易在催化过程中团聚，导致活性位点减少和光响应效率下降；二是金属 - 有机框架（MOFs）材料虽具备高孔隙率和可调结构，但多数 MOFs 的微孔特性会造成底物扩散阻力大，尤其当活性位点被封装在孔道内时， mass transfer（传质）效率显著降低，极大限制了催化反应速率。因此，开发兼具稳定纳米颗粒分散性与高效传质能力的光催化材料，成为突破 CO?转化效率瓶颈的关键。
为解决上述问题，浙江理工大学的研究人员开展了一项创新性研究。他们设计了一种原位热解策略，成功制备了金等离子体纳米颗粒嵌入分级多孔 UiO-66（Au@H-UiO-66）的复合催化材料，并将相关成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。该研究通过巧妙构建 “纳米颗粒 - 分级孔道” 协同体系，显著提升了光热催化 CO?环加成反应的效率，为 CO?资源化利用提供了新的技术思路。
研究人员采用的核心技术方法包括：
- 湿浸渍 - 原位热解工艺：将离子液体 [Bmim][AuCl?] 作为金前驱体和介孔形成剂，通过湿浸渍法载入 UiO-66 微孔中，再在 H?/Ar 气氛下热解，同步实现金纳米颗粒（Au NPs）的原位生成与介孔结构构建。
- 多尺度结构表征：利用粉末 X 射线衍射（XRD）、氮气吸脱附等手段验证 UiO-66 框架结晶性和分级孔隙结构，通过透射电镜（TEM）观察 Au NPs 的尺寸与分布。
- 光催化性能测试：在 CO?环加成反应中，以环氧氯丙烷为底物，考察催化剂的产率、光热效应及反应动力学。
合成与结构表征
通过湿浸渍法制备 [Bmim][AuCl?]@UiO-66 前驱体，经原位热解后，Au3?在 H?气氛下还原为粒径约 5-10 nm 的 Au NPs，均匀分散于 UiO-66 框架内。XRD 结果显示，热解过程未破坏 UiO-66 的晶体结构，而氮气吸脱附等温线呈现典型的 IV 型曲线，证实介孔结构的形成（孔径分布集中在 2-50 nm）。这种分级孔道结构（微孔 - 介孔协同）显著提升了底物分子的扩散效率，为 CO?吸附与活化提供了更多 accessible sites（可及位点）。
催化性能研究
Au@H-UiO-66 在光热 CO?环加成反应中表现出优异性能，氯丙烯碳酸酯产率高达 92%，是纯 UiO-66 的 11.5 倍。机理研究表明，其高活性源于多重优势：
- 表面等离振子共振（LSPR）效应：Au NPs 的 LSPR 激发拓宽了光响应范围，产生的热电子直接参与 CO?活化，降低反应的光活化能垒。与气相反应相比，光活化相对自由能从 2.56 eV 大幅降至 0.49 eV，显著加速反应动力学。
- 高效 CO?吸附与活化：分级孔道结构增加了 CO?的吸附容量，UiO-66 中的金属节点（如 Zr-O 团簇）与 CO?分子间的路易斯酸碱作用，进一步促进其活化，形成活性中间体。
- 光热协同效应：LSPR 诱导的局部热效应提升了反应温度，协同光催化过程，优化了反应热力学环境。
结论与意义
该研究通过原位热解策略成功构建了 Au@H-UiO-66 复合催化剂，实现了等离子体纳米颗粒稳定分散与分级孔道结构的同步制备。其创新点在于利用离子液体前驱体的双重功能（金属源与造孔剂），规避了传统后合成法中纳米颗粒团聚和孔道调控复杂的难题。实验结果表明，该材料通过 LSPR 效应、高效传质与光热协同作用，显著提升了 CO?环加成反应效率，为设计高性能 NPs@H-MOFs 光催化剂提供了通用策略。
这项工作不仅拓展了 MOFs 在光催化领域的应用，也为 CO?转化等全球性环境问题提供了新的解决方案。未来，通过调控金属种类、孔道结构及表面功能化，该策略有望进一步应用于其他光催化反应（如 CO?还原、选择性氧化等），推动 “太阳能 - 化学能” 转化技术的实际应用。
