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，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（Angew. Chem. Int. Ed.,2023,62,e202216717；Nat. Commun.,2025,16,274），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。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。

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

光化学实验室 

2025年12月4日