生物系统中的一个操作原则是划分。通常，细胞中不同功能的孤立单元占据特定的位置，以协同和连续地进行化学转化。以光合作用为例，叶绿体中有序排列的蛋白质绕过高能屏障，通过一系列中继反应激活CO₂，这些中继反应由可见光区的光子的顺序收集启动。金属有机框架(MOFs)具有丰富的拓扑结构选择，提供周期性的孔结构，非常适合利用其孔对物质进行空间排列。

近日，武汉大学邓鹤翔教授，Zhuo Jiang报道了在金属有机框架(MOF)MIL-100-Fe的中孔中，通过窄带半导体纳米粒子、氧化钨及其水合物的生长来构建分子室。

文章要点

1）研究人员分别通过粉末X射线衍射和小角中子散射揭示了这些纳米颗粒在孔中的位置和它们在MOF晶体中的空间排列。

2）这种具有孔级精度的组合物导致在可见光下气相CO₂和H₂O有效地全部转化为CO、CH₄和H₂O₂。当24 wt%的WO₃·H2O纳米粒子位于2.5纳米的中孔中时，所得的复合材料，即24%的WO₃·H₂O-in-MIL-100-Fe，在420 nm以上表现出0.49 mmol g^-1 h^-1的CO₂转化率，在420 nm的表观量子效率为1.5%。这些性能成为可见光驱动的CO₂总转化率的新基准。

3）除了半导体纳米粒子的大小和位置，研究人员发现，晶体中配位的水物种对高催化活性至关重要，这是一个通常被忽视的方面。

参考文献

Chengbin Zhao, et al, Molecular Compartments Created in Metal−Organic Frameworks for Efficient Visible-Light-Driven CO₂ Overall Conversion, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c10687

https://doi.org/10.1021/jacs.2c10687