本文转自“天津理工大学分析测试中心

（赛默飞科学仪器联合实验室）"

工业生产过氧化氢的典型技术是蒽醌法，这种方法带来了能源和环境问题。因此，开发替代的、环境可持续的H2O2合成方法至关重要。

光催化为过氧化氢（H?O?）的可持续、环境友好型生产提供了一种有效策略，氢键有机骨架（HOF）是一种新兴的多孔晶体材料，由通过氢键和其他分子间相互作用连接的有机分子组装而成，明确晶体结构使HOF在光催化中的潜在应用，包括析氢、二氧化碳的还原和有机污染物的降解，然而，到目前为止，还没有关于HOFs作为H2O2合成光催化剂的报道，但在无额外助催化剂、光敏剂和牺牲剂的条件下，过氧化氢光合成全反应（O? + 2H?O → 2H?O?）的催化效率仍需进一步提升。

近日，我校钟地长教授构筑了供体-受体型氢键有机框架（HOFs）可显著增强水（H?O）与氧气（O?）光催化全合成过氧化氢（H?O?），相关成果在Nature Communications 期刊上。

Fig. 1 | Schematic illustration. a Schematically showing the structures of general HOF(TTF-HOF) and donor-acceptor HOF (TTF-Bpy-HOF); crystal structures of b TTF-HOF stabilized by dimeric O-H…O hydrogen bonds with the O…O distance (DO…O)of 2.64?,andc TTF-Bpy-HOF stabilized by O-H…O and O-H…N hydrogen bonds (DO…O=2.56?;DO…N=2.63?) [C (grey), H (white), O (red), N (blue) and S (yellow)].

Supplementary Figure 2 | SEM and EDS mapping. SEM and corresponding EDS mapping images of TTF-HOF.

研究团队借助环境场发射扫描电镜(Quanta FEG 250)对TTF-HOF 和TTF-Bpy-HOF的形貌和组成进行了表征。SEM图像显示，TTF-HOF和TTF-Bpy-122 HOF具有相似的长方体形貌，并在EDS mapping 图观察到了TTF-Bpy-HOF中N元素，而TTF-HOF未观察到。这些结果表明，TTF-HOF和TTF-Bpy-HOF的种成分存在差异，这与晶体的结构是一致的。

Supplementary Figure 3 | SEM and EDS mapping. SEM and corresponding EDS mapping images of TTF-Bpy-HOF. 

甲醇是一种重要的化工原料，也是一种清洁能源。传统的甲醇生产方法需要复杂的纯化步骤，这不仅消耗大量能源，还伴随着温室气体的排放。相比之下，电催化CO₂还原反应(CO₂RR)可以很容易地与可再生电力(如太阳能)结合，并将CO₂转化为CH₃OH。目前通过电化学CO2RR生产CH₃OH仍然面临转化率低和催化活性低的瓶颈，因此，开发一种能够高效地将CO₂转化为高纯甲醇的技术具有重要意义。

近日，我校鲁统部教授、焦吉庆教授和河北大学李亚光研究员等人在Nature Communications 期刊发表了以“Sun-simulated-driven production of high-purity methanol from carbon dioxide"为题的研究论文。

该研究构筑了双位点催化剂，设计了模拟太阳驱动的串联催化系统，通过光伏驱动的CO₂电催化反应生成合成气，并将生成的合成气进一步通过光热催化转化为高纯度甲醇。构建的具有Ni单原子和Co纳米颗粒双活性位点的自支撑电催化剂，在电催化下能够产生恒定H₂：CO比率的合成气。生成的合成气随后进入光热反应体系，生成高纯度的CH₃OH。

该研究为将CO₂转化为高纯度CH₃OH的提供了一条可行、可持续的途径。

太阳能模拟驱动下CO₂生成高纯度CH₃OH

研究团队借助环境场发射扫描电镜(Quanta FEG 250)研究了Ni SAs-Co NPs双活性位点催化剂的形貌；通过高分辨场发射透射电镜(Talos F200 X)对核壳结构进行了表征；借助聚光镜球差校正透射电镜(Titan Cubed Themis G2 300)证明了Ni单原子位点，并且大量Ni单原子均匀分布在碳纳米管壁上。

Ni SAs-Co NPs双活性位点催化剂的合成与表征

此外，借助X射线光电子能谱仪（ESCALAB 250xi）进一步分析了元素组成和价态，通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-MS)测定了Ni和Co的实际负载量。

电催化CO₂还原性能分析

该研究成功设计了一个太阳能驱动的串联催化系统，将通过光伏驱动的CO₂电催化反应和光热催化相结合，使用双活性位点催化剂将CO₂转化为高纯度CH₃OH，使太阳能驱动高浓度CH₃OH的生产成为现实。