近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院邓伟侨教授团队在利用多孔材料进行CO₂催化转化研究中取得重要进展，发现了孔富集效应，即合适尺寸的孔道会大幅增强材料催化性能，并利用该效应设计出性能优异的常温常压二氧化碳捕获与转化材料。相关研究成果以“Enhanced carbon dioxide conversion at ambient conditions via a pore enrichment effect”为题发表在Nature Communications上。该论文的第一作者为山东大学前沿交叉科学青岛研究院2019级博士生周威和三峡大学联合培养硕士生邓启文，周威同学是我校350vip浦京集团化学工程与工艺专业2015届毕业生。

二氧化碳的化学固定是减缓全球温室效应的重要途径之一，然而目前工业化的化学固定成本仍受限于催化反应过程中需要使用的高温、高压条件。因此，设计一种在常温常压下工作的高效催化剂，将为降低当前二氧化碳化学固定成本提供一种可行的方案。该工作利用数智化材料设计手段，构建了包含一万余种共价有机框架材料（COFs）的结构数据库，并对这些材料在常温常压下捕获CO₂的性能进行了理论研究与筛选。研究人员发现，多孔材料孔道内部存在孔富集效应（pore enrichment effect），即多孔材料的孔道结构和内饰基团对气体小分子起到特征性吸附作用，这些相互作用显著提升了孔道内部二氧化碳局部浓度，从而促进了二氧化碳在多孔材料内部的催化反应。

基于模拟结果，该团队合成了理论预测中具有最优孔富集效应的COF材料（其命名为Zn-Salen-COF-SDU113），并对其催化CO₂与末端环氧化合物加成的反应性能进行了测试。结果表明，在常温常压下，Zn-Salen-COF-SDU113催化转化CO₂的收率高达98.2%，周转频率为3068.9。其催化性能与国际上已报道的最优异同类反应催化剂相当。此外，Zn-Salen-COF-SDU113在所有多孔材料中，首次实现了常温常压下CO₂与2, 3-环氧丁烷的催化反应。实验结果验证了孔富集效应对多孔材料内部催化反应的促进作用。此项工作为设计低成本二氧化碳化学固定催化剂提供了一种有效策略。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18154-9

[校友简介]周威，湖北黄冈人，2015年于350vip浦京集团获工学学士学位，在校期间曾获校级三好学生，本科毕业论文在田正芳教授指导下完成。2018年于三峡大学材料与化工学院获工学硕士学位，师从吴亚盘副教授，硕士期间主要从事MOFs源材料的设计及其电催化、气敏性能的研究，硕士论文入选中国优秀硕博士论文数据库；现就读于山东大学材料物理化学专业，师从邓伟侨教授。目前主要从事理论设计的COFs材料的合成及其催化性能的研究，相关研究成果已以第一作者或二作（导师一作）身份在Nature communication、Angew. Chem. Int. Ed（2篇）、Chemistry-A European Journal等杂志上发表SCI论文10篇，申请6项国家发明专利。