科学界一直在积极研究人工光合作用，以推动生态可持续发展并解决环境问题。然而，设计出对二氧化碳还原和水氧化均有效的活性位点的光催化剂仍然是一个重大挑战。
基于此，2025年3月12日，吉林大学饶衡等人在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Synergistic Bifunctional Covalent Organic Framework for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction and Water Oxidation》的研究论文。
在本文中，作者开发了一种给体-受体共价有机框架（D–A COF），通过结构-活性关系整合了两种不同的金属配位环境。钴或镍离子被锚定在D–A COF骨架上，分别形成N-金属-氮和N-金属-硫的配位构型，分别作为双功能的还原和氧化活性位点。
值得注意的是，合成的Co-Btt-Bpy COF在可见光照射下生成CO的速率为9,800 μmol g⁻¹ h⁻¹，生成O₂的速率为242 μmol g⁻¹ h⁻¹。其CO生成速率比原始D–A COF高出127倍。
更重要的是，Co-Btt-Bpy COF能够促进人工光合作用，CO释放速率达到7.4 μmol g⁻¹ h⁻¹。卓越的光催化性能归因于分散的单原子位点与Btt-Bpy COF之间的协同作用，以及光生电子的快速迁移。
原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR FT-IR）和理论计算表明，引入Co位点有效降低了关键中间体*COOH和*OH的反应能垒。
这项工作为光催化剂在分子水平上的设计提供了最先进的思路，并为高效人工光合作用提供了深入的见解。
Synergistic Bifunctional Covalent Organic Framework for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction and Water Oxidation, J. Am. Chem. Soc.（2025）.https://doi.org/10.1021/jacs.5c00432
