清华大学朱永法/郭燕，新发Nature Catalysis！

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通过原子级精准邻近配位构建的双位点，为C-C偶联提供了理想平台，成为实现CO₂向C₂H₄转化的范例。

然而，这些位点仅分布在表面，导致光生电子需经长程迁移从体相注入，效率低下，难以在连续电子转移过程中为C₂H₄合成提供充足电荷。

2025年7月11日，清华大学朱永法、郭燕在国际知名期刊Nature Catalysis发表题为《Reticular copper dual sites embedded with semiconductor particles for selective CO₂-to-C₂H₄ photoreduction》的研究论文，Qixin Zhou为论文第一作者，朱永法、郭燕为论文共同通讯作者。

在本文中，作者提出“可编织”双位点光催化剂策略：将半导体单元（TiO₂、聚合氮化碳或WO₃·H₂O）嵌入配体缺陷的铜基金属有机框架（CuBTC-D/PC）。

该体系以H₂O为电子供体，实现CO₂向C₂H₄的75.5%选择性转化；可编织铜双位点使光生电子沿短程路径迁移至活性位点，确保C₂H₄转化各基元步骤均具充足电子浓度；增强的电子注入使其在约0.4个太阳光低强度下仍保持高C₂H₄选择性，适配太阳能驱动应用。

该工作首次确立CO₂光还原以C₂H₄为主产物的可行性，为多电子CO2光还原机制研究提供关键见解。

图1：Cu双位点框架与光催化剂单元的复合结构。以原子精度构筑缺陷CuBTC-D骨架并内嵌₂双位点与光催化剂短程耦合，为高效电子注入奠定结构基础。

图2：CO₂光还原生成C₂H₄性能。在AM 1.5 G下，复合体系CO₂→C₂H₄产率最高达7.2 mmol h^-1 m^-2、电子选择性~90%，24 h稳定性与量子效率均优于现有报道值，验证其卓越性能。

图3：短程电子转移提升C₂H₄生成。实验-光谱双证据表明，亚皮秒级电荷转移使C₂H₄在低光强(0.4 Sun)即可高产，突破传统光催化对高光强的依赖。

图4：Cu双位点驱动CHO偶联机理。原位光谱-DFT联合揭示Cu₂位点通过CHO偶联路径驱动C-C键形成，能量上远优于CO二聚，为C₂H₄高选择性提供机理支撑。

图5：自然阳光下C₂H₄人工光合系统。户外放大系统连续五天稳定输出~13 mmol m^-2 d^-1 C₂H₄，证实该网状双位点策略可真正利用自然阳光实现CO₂资源化规模应用。

综上，作者通过构建“网状铜双位点—半导体粒子”复合光催化剂（CuBTC-D/PC），实现了高效、高选择性（75.5%）地将 CO₂光催化还原为 C₂H₄，突破传统体系因电子注入不足导致的多碳产物选择性瓶颈。

本文展示了在低至0.4倍太阳光强下即可稳定获得C₂H₄，为利用阳光、CO₂和水直接合成乙烯提供了可规模化的技术路线，对碳中和化学品生产和太阳能燃料开发具有重要前景。

Reticular copper dual sites embedded with semiconductor particles for selective CO₂-to-C₂H₄ photoreduction. Nat. Catal., (2025). https://doi.org/10.1038/s41929-025-01369-8.

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清华大学朱永法/郭燕，新发Nature Catalysis！

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