网站首页 文章专栏 我国科学家实现直接将空气中的二氧化碳转化为可水相收集的尿素产物
中国科学院化学研究所光化学实验室盛桦课题组在空气CO2的直接光催化转化方面取得新突破，利用卟啉铟金属–有机框架（In–MOF）实现CO2与O2的‘空间分区还原’，并进一步将In–MOF与UIO-66-NH2耦合形成异质结，实现将空气CO2直接光催化还原为CO。团队还搭建了可在自然环境中运行的漂浮式光催化平台，直接将空气CO2转化为可水相收集的尿素产物。该研究为空气CO2的高效资源化利用提供了新的催化策略与反应体系。
12 月 4 日消息，在二氧化碳资源化利用研究中，如何规避高能耗的捕集与纯化过程，实现来源于真实环境（如空气、烟道气）中 CO2 的直接转化，对于推进可实际应用的人工碳循环过程具有重要科学意义和工程价值。
然而，真实环境中 CO2 浓度极低，并与大量氧气共存，其光 / 电催化还原过程往往受到氧还原反应的抑制，因而在低浓度、有氧条件下实现 CO2 的优先还原一直是国际上面临的重大科学挑战。
在国家自然科学基金委员会、科技部和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所光化学实验室盛桦课题组基于羟基化位点驱动的 CO2 原位捕集-转化机制，近期在空气 CO2 的直接光催化转化方面取得了新的突破。
研究团队利用卟啉铟金属–有机框架（In–MOF）中两类对 CO2/O2 亲和性不同的铟活性位点，实现了 CO2 与 O2 的“空间分区还原”。该策略使氧还原不再竞争性抑制 CO2 还原，反而从动力学上促进 CO2 还原，构建出特殊的氧增强 CO2 还原体系。进一步将 In–MOF 与 UIO-66-NH2 耦合形成异质结，可以在催化位点上产生对低浓度 CO2 的“双重富集”效应，从而实现将空气 CO2 直接光催化还原为 CO。
在此基础上，团队结合近期报道的 CO 与氨光催化耦合合成尿素新路径（Angew. Chem. Int. Ed.,2025,64,e202505630），搭建了可在自然环境中运行的漂浮式光催化平台。该平台能够在太阳光照射和开放空气条件下，耦合空气 CO2 还原与水相氨氧化，从而直接将空气 CO2 转化为可水相收集的尿素产物。
▲ 空气 CO2 捕集–转化–产物收集一体化体系的反应路径和潜在应用展示 该研究不仅为空气 CO2 的高效资源化利用提供了新的催化策略与反应体系，也展示了光催化技术在开放环境碳氮协同转化与可持续资源合成方面的潜在应用前景。
相关研究成果 11 月 25 日发表于 Nature Communications 2025,16,10493 上，论文第一作者为博士生张志勇，通讯作者为盛桦研究员。
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