金属有机框架（MOFs）以其高比表面积、结构可调性和活性位点密集分布等优势，在多相催化领域展现出突出的应用潜力。通过金属纳米颗粒（MNPs）与MOFs复合形成MNP@MOF杂化体系，可协同利用MOFs的结构优势与MNPs的高催化活性及独特表面特性。这种复合结构不仅有效解决了MNPs的热力学不稳定性、易团聚等问题，更重要的是通过MNPs与MOFs活性位点的空间紧密排布，实现了高效的电荷转移和反应动力学调控。由此发展的MNP@MOF复合材料在催化活性、选择性和稳定性方面均表现出显著提升，拓展了其在多相催化反应中的应用场景。然而，现有MNP@MOF复合材料存在一个关键限制：难以有效整合具有特定形貌的MNPs——此类结构对催化性能提升具有决定性作用。研究表明，MNPs的催化活性与其晶面取向密切相关，精准调控颗粒形貌并暴露特定晶面是实现最优催化性能的重要途径。但由于传统MOFs孔道尺寸的限制，较大尺寸或具有特殊形状的MNPs难以有效负载。若能在保持MOFs结构特性的前提下，发展新型策略实现特定尺寸和形貌MNPs的高效整合并强化其相互作用，将有望充分释放MNP@MOF复合材料的催化潜力，为构建高效、高选择性催化体系开辟新路径。
北京大学蓝光旭研究团队提出了一种新型单层MOF（monoMOF）载体构筑策略，用于高效负载大尺寸特定形貌的金属纳米颗粒。为验证该方法的普适性，选择具有光敏特性的Hf12-Ir单层MOF作为模型载体，立方体铜纳米颗粒作为典型代表。通过硫辛酸双功能配位桥接策略——其二硫键与Cu-NPs通过Cu-S键结合，羧酸基团与Hf12-Ir单层中的Hf12簇配位，成功构建Cu/Hf12-Ir复合催化材料。在光催化CO2还原反应中，该复合材料展现出优异性能：CO生成速率达到82.9 mmol·gCu-1·h-1，CO选择性达98.3%。这一性能表现较传统负载体系（如小尺寸球形MNPs复合系统）实现了数量级提升，充分证明了单层MOF载体在异形MNPs负载与界面协同调控方面的独特优势。
图1. Hf12-Ir单层金属有机框架作为理想的铜纳米立方体载体。
图2. Cu/Hf12-Ir的合成与表征
图3. Cu/Hf12-Ir光催化二氧化碳还原活性表征。
图4. 光催化二氧化碳还原反应的机理研究。
该研究成功构建了新型Cu/Hf12-Ir复合材料体系，通过硫辛酸配位桥接策略将立方体铜纳米颗粒精准负载于Hf12-Ir单层MOF载体表面，实现了卓越的光催化CO2还原性能。机理研究证实，单层MOF的二维开放式结构及硫辛酸分子介导的强配位作用有效促进了光激发态[DBB-Ir-F]*向Cu-NPs的快速电子转移过程。该工作确立了单层MOF作为具有特定形貌和尺寸纳米颗粒通用载体的技术优势，为发展基于界面协同效应的先进催化体系提供了理想平台。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是北京大学博士研究生王坤，通讯作者是北京大学化学与分子工程学院蓝光旭研究员。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Monolayered Metal–Organic Framework Unlocks Integration of Shaped Nanoparticles for Synergistic Photocatalysis
Kun WangYufeng ZhangZizhuo GongAn LiYiyang MaJun-Hao WangZhaozhao HuRuizhi HuangZi YangZixuan YuSenhai ZengJiangnan LiSihai YangYa-Wen ZhangGuangxu Lan*
J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c09403
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