近日，南京师范大学化科院兰亚乾教授课题组在人工光合作用催化剂研究方面取得重要进展。该研究成果以Stable Heterometallic Cluster‐Based Organic Frameworks Catalysts for Artificial Photosynthesis为题发表于Angew. Chem. Int. Ed.（http://doi.org/10.1002/anie.201913284）。Angew. Chem. Int. Ed.杂志是Wiley公司的王牌杂志，也是化学学科顶级期刊。

   近年来，日益增加的CO₂排放已经造成了严重的能源和环境问题。为了应对这些问题，大量的研究工作集中于模拟CO₂的光合作用的有效方法。然而，考虑到CO₂固有的化学惰性及水氧化动力学缓慢的特点，将CO₂还原和H₂O氧化两个半反应有效结合在一个体系实现依旧是一个艰巨的工作。目前，基本只有通过有效的异质结策略（如 Z-scheme）构筑的纳米结构光催化剂才能实现上述的全反应。而且，由于缺陷、不纯相以及结构组分复杂等因素的影响，依旧缺乏足够明确的结构信息来鉴定这些催化剂中催化位点的活性。因此，探索具有明确结构的新型光催化系统来实现人工光合作用的模拟，以明确构效关系，对于促进该领域的发展是极其重要的。

   南京师范大学兰亚乾教授和刘江副教授报道了一系列稳定的基于杂金属Fe₂M团簇的金属有机骨架（MOF）（NNU-31-M，M = Co，Ni，Zn）光催化剂。该催化剂可在不借助额外的牺牲剂和光敏剂的情况下将CO₂和H₂O转化为HCOOH和O₂。其在可见光下激发异金属簇和光敏配体产生光生电子空穴对。然后，低价金属M接受电子以还原CO₂，而高价金属Fe使用空穴氧化H₂O。这是第一个完成人工光合作用全反应的MOF光催化剂体系。此外，基于晶体结构的DFT计算证明了光催化反应机理。

   这项工作为如何设计晶态光催化剂实现人工光合作用的全反应提出了一种新的策略。

   南京师范大学化科院在读博士生董龙章为第一作者，兰亚乾教授和刘江副教授为共同通讯作者。