近日，澳门京葡娱乐网和能源材料化學研究院武利民教授和谷曉俊教授聯合團隊取得重要研究進展，相關成果在化學領域的國際頂級學術期刊Angew. Chem. Int. Ed.上發表，題為“Plasma-Driven Efficient Conversion of CO₂ and H₂O into Pure Syngas with Controllable Wide H₂/CO Ratios over Metal-Organic Frameworks Featuring In Situ Evolved Ligand Defects”(論文連接：https://doi.org/10.1002/anie.202406007)。我校澳门京葡娱乐网博士研究生韓雅麗為第一作者，武利民教授、谷曉俊教授及張江威研究員為通訊作者，澳门京葡娱乐网為論文第一完成單位。

溫和條件下由CO₂和H₂O生産合成氣是一種有前途的煤基化學工程技術替代方案，但CO₂分子的惰性、H₂O分子的不利解離途徑以及不合适的催化劑導緻了催化反應中高CO₂轉化率和合成氣中H₂/CO比例可控難以同時實現。為解決該問題，本研究從強化CO₂分子和納米空間内H₂O分子活化以及調控金屬催化活性中心電子特性的角度出發，構建了親水性多孔金屬-有機框架（簡稱MOF）催化劑，并系統研究了它們與等離子體協同催化轉化CO₂和H₂O的性能與反應機制（圖1）。

圖1. MOF催化劑的缺陷結構調控與協同等離子體催化CO₂和H₂O生産合成氣示意圖

X-射線吸收光譜研究發現，随着催化反應時間延長，MOF催化劑中Cu-O配位數減小，配位不飽和的Cu位點數量增加。當Cu-BTC驅動的催化反應時間從0.25分鐘延長至1.0分鐘時，CO₂轉化率從22.5%急劇提高到61.9%。通過催化劑和反應條件控制，實現了合成氣産物中H₂/CO的比例在0.05:1-4.3:1之間可調（圖2）。¹³CO₂同位素示蹤實驗證實了反應生成的CO中碳來源于原料CO₂。理論模拟計算顯示，Cu-BTC催化劑中Cu-O配位數為4時，CO₂還原為CO的能壘最低、H₂O分子的吸附作用最強、*H吸附的自由能最低，因而最有利于CO₂的吸附和活化。

圖2. 催化劑性協同等離子體催化轉化CO₂和H₂O的性能圖

綜上，該研究為合成氣的高效生産提供了一種綠色、可持續的方案，并為設計構建具有精确缺陷結構的多孔催化劑和如何高效活化催化底物分子提供了新思路。該研究受到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、内蒙古自治區科技計劃等項目的支持。