中科大实现二氧化碳直接光催化转化新突破，助力碳中和

在二氧化碳资源化利用的研究过程中，如何绕过高能耗的捕集与纯化步骤，直接从真实环境（如大气、工业烟气）中将CO₂高效转化，对构建可实际运行的人工碳循环体系具有关键意义。但现实环境中二氧化碳浓度极低，且往往与大量氧气共存，其光催化或电催化还原过程极易受到氧还原反应的干扰，导致反应选择性大幅降低。正因如此，在低浓度、有氧条件下实现CO₂的优先还原，始终是国际学术界面临的核心挑战。

在国家自然科学基金委员会、科技部及中国科学院的支持下，中科院化学研究所光化学实验室盛桦课题组基于羰基化位点驱动的CO₂原位捕集-转化机制，近期在空气中CO₂直接光催化转化领域取得重要进展。

研究团队设计并构建了一种铟锡基金属–有机框架材料（In–MOF），其中含有两类对CO₂和O₂具有不同亲和力的活性中心。通过这一结构设计，实现了CO₂与O₂在空间上的分区还原。该策略不仅有效抑制了氧还原反应对CO₂转化的竞争，反而通过氧参与的协同反应路径，在动力学上促进了CO₂的还原过程，从而建立起一种独特的"氧增强型"CO₂转化体系。进一步将In–MOF与UIO-66-NH₂复合形成异质结构后，可在催化活性位点产生对低浓度CO₂的双重富集效应，显著提升捕集效率，最终成功将空气中微量CO₂高效转化为一氧化碳。

基于此项突破，研究团队结合最新发现的CO与氨在光照条件下耦合生成尿素的新路径，开发出可在自然条件下运行的漂浮式光催化装置。该装置能在太阳光照及开放空气环境中，同步实现空气中CO₂的还原与水相中氨的氧化反应，将大气中的CO₂直接转化为水溶性尿素产物，并实现连续收集。

这项研究成果不仅为低浓度CO₂的高效转化提供了全新的催化设计思路与技术路径，同时拓展了光催化在开放环境中实现碳氮协同转化的应用边界，展现出在可持续资源合成领域的广阔前景。相关成果已于11月25日发表在Nature Communications 2025年第16卷第10493期，论文由博士生张志勇作为第一作者，盛桦研究员担任通讯作者。