通过光催化水或二氧化碳（CO₂）还原制取氢气，将太阳能转化为燃料，可以高效和可持续地实现急需的化石燃料可再生替代品。发展软杂化材料，如由低分子量凝胶（LMWG）基连接体和合适金属离子组装而成的配位聚合物凝胶（CPG），是光催化领域中一种很好的设计策略。这种层次化的软纳米纤维材料可以促进反应物向活性中心的快速扩散，并将在不同组分之间显示有效的电子转移。

基于此，贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心Tapas Kumar Maji报道了通过将Zn^II与四硫富瓦烯（TTF）基LMWG相结合，开发了一种新兴CPG材料，并其用于光催化水分解制氢和CO₂还原。

文章要点

1）LMWG的创新设计可调节分子间的电荷转移，其中TTF衍生物通过柔性的烷基酰胺链与金属结合的联吡啶单元（TPY）相连。配位聚合物凝胶（Zn-TPY-TTF CPG）为捕光提供了合适的平台，同时也为催化水（530 μmol g⁻¹ h⁻¹）和CO₂还原为CO（438 μmol g⁻¹ h⁻¹）提供了催化中心，选择性达99%。

2）此外，通过将具有纳米带形貌的Zn-TPY-TTF CPG与Pt共催化剂偶联，Pt@Zn-TPY-TTF CPG具有增强数倍的光催化制氢活性（14727 μmol g⁻¹ h⁻¹）。有趣的是，这种Pt@Zn-TPY-TTF CPG用于获取CH₄（292 μmol g⁻¹ h⁻¹）实现了高选择性(97%)和令人印象深刻的量子效率。重要的是，Zn-TPY-TTF CPG和Pt@Zn-TPY-TTF CPG均在环境条件下表现出太阳光驱动的光催化活性潜力。

3）研究人员通过原位DRIFT研究和密度泛函理论（DFT）计算，阐明了CPG催化剂在可见光和太阳光直射下电荷转移调节CO₂还原生成CO/CH₄的潜在机理。

参考文献

Verma, P., Singh, A., Rahimi, F.A. et al. Charge-transfer regulated visible light driven photocatalytic H₂ production and CO₂ reduction in tetrathiafulvalene based coordination polymer gel. Nat Commun 12, 7313 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-27457-4

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27457-4