功能材料科技创新服务平台/中国功能材料网 功能材料创新服务平台

随着化石燃料消耗的持续增加，全球CO₂排放量持续增长，其中仅约30%通过自然光合作用被吸收，其余大量CO₂进入大气，加剧温室效应，对生态环境构成严重威胁。为应对气候变化，国际社会于2021年通过《巴黎协定》细则，我国也制定了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的"双碳"目标。在此背景下，如何高效利用过量CO₂成为研究热点，其中利用太阳能将CO₂转化为高附加值化学品或燃料被视为实现碳中和的重要途径之一。

一、研究背景

光催化还原CO₂的核心是半导体催化剂吸收光子能量产生光生电子和空穴，进而参与氧化还原反应将CO₂转化成CO、CH₄、CH₃OH等高附加值化工原料。传统无机半导体虽取得巨大进步，但存在可见光响应范围窄、电荷分离效率低等问题。通过金属有机配位聚合方式的调控，可以将具有合适官能团的有机配体与金属离子聚合，结合多种键合方式实现光催化剂的多样性设计，为光催化还原CO₂提供了新方向。

金属有机配位聚合物中，苯乙炔铜因具有非刚性共轭单元和一维Cu(I)-Cu(I)梯电荷传输通道，在光催化领域极具潜力，但面临激子结合能高、正价带电位不足等问题，阻碍其工业化应用。目前研究多通过铁掺杂、构筑异质结等方式调控能带结构，但从激子结合能层面系统调控的研究仍较少。文章基于武汉科技大学赵雷教授团队研究成果及国家自然科学基金项目、湖北省重点科研计划项目等支持。

（1）共轭效应定向调控策略：在保持Cu⁺价态与Cu—C≡配位结构不变的前提下，通过增大共轭尺寸实现电荷分离效率与空间位阻的平衡调控。

（2）揭示激子结合能调控机制：PACU、NACU、FACU的激子结合能分别为45.32、31.26、16.28 meV，共轭增强显著降低激子结合能，促进载流子分离。

（3）最优催化剂NACU性能突出：CO生成量达35.27 μmol/g，是PACU的2倍；光电流密度较PACU提升约7.15倍，展现出最优光催化活性。

图1 炔铜催化剂样品的(a)XRD图谱和(b)FT-IR光谱

Fig.1(a)XRD patterns and (b)FT-IR spectra of Copper alkyne photocatalyst

图2（a）PACU、（b）NACU和（c）FACU的SEM照片，（d）PACU、（e）NACU和（f）FACU的TEM照片

Fig.2 SEM images of (a) PACU, (b) NACU and (c) FACU. TEM images of (d) PACU, (e) NACU and (f) FACU

图3 炔铜光催化剂的XPS谱图：（a）C 1s；（b）Cu 2p

Fig.3 XPS spectra of Copper alkyne photocatalyst: (a) C 1S;(b) Cu 2p

图7 炔铜光催化剂的（a）瞬态光电流密度、（b）EIS图谱、（c）固态荧光光谱、（d）荧光寿命谱图

Fig.7 (a) transient photpcurrents spectra , (b) EIS plots, (c) Solid-state fluorescence, (e) Fluorescence lifetime spectrum of Copper alkyne photocatalyst

图8（a）PACU、（b）NACU、（c）FACU样品的变温PL光谱,（插图：样品PL发射强度随温度的变化曲）

Fig.8 Temperature-dependent PL spectra of (a) PACU , (b) NACU,(c) FACU (illustration: Integrated PL emission intensity as a function of temperature)

（2）共轭效应增强可显著提高电荷分离效率、降低激子结合能、拓展光吸收范围，从而提升光催化活性。NACU表现最优，8 h的CO产量为35.27 μmol/g，无甲烷副产物。

（3）本研究证明在保持配位结构稳定前提下，需合理调控共轭尺寸以平衡空间位阻与电荷传输性能，为理性设计高效炔铜光催化剂提供了重要依据。

胡博文,赵雷,曾祥会,等.铜炔基单体共轭效应调控及其对CO₂还原性能的影响机制[J].功能材料,2026,57(5):111-117.

HU B W,ZHAO L,ZENG X H,et al.Regulation of conjugation of copper alkynyl monomer and its effect on CO₂ performance[J].Journal of functional materials,2026,57(5):111-117.