人工光合作用作為一種極具潛力的太陽能轉(zhuǎn)化新途徑，為解決能源與環(huán)境問題帶來了新的希望。其中，光催化CO?還原技術(shù)在實現(xiàn)碳中和目標(biāo)進程中扮演著關(guān)鍵角色，它能夠?qū)厥覛怏wCO?轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品或燃料，實現(xiàn)碳資源的循環(huán)利用。然而，在實際反應(yīng)過程中，多電子與質(zhì)子轉(zhuǎn)移步驟面臨著極高的動力學(xué)勢壘，同時還會引發(fā)一系列副反應(yīng)。這些因素導(dǎo)致目前高效且具有高選擇性的光催化劑開發(fā)工作仍然面臨巨大挑戰(zhàn)，成為制約該技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。

質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移機制的局限：

在CO?光還原反應(yīng)中，質(zhì)子的有效管理對反應(yīng)的動力學(xué)和選擇性有著至關(guān)重要的影響。近期的研究成果顯示，通過質(zhì)子化策略構(gòu)建富質(zhì)子微環(huán)境，能夠顯著加速質(zhì)子的傳遞過程，進而提升光催化反應(yīng)的整體性能。但遺憾的是，這一策略尚未成功應(yīng)用于CO?還原體系。此外，現(xiàn)有的研究大多集中于單活性位點的作用，而忽視了多質(zhì)子中心之間的協(xié)同效應(yīng)。多質(zhì)子中心的協(xié)同作用可能為反應(yīng)提供更高效的質(zhì)子傳遞路徑和更靈活的反應(yīng)環(huán)境，這一領(lǐng)域的探索不足限制了我們對CO?光還原反應(yīng)機制的深入理解。

COF平臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢應(yīng)用潛力：

共價有機框架（COFs）作為一種新興的多孔有機聚合物材料，具有獨特的分子級可設(shè)計性和出色的化學(xué)穩(wěn)定性。通過精心構(gòu)筑S形夾持結(jié)構(gòu)并引入雙質(zhì)子化位點，COFs能夠?qū)崿F(xiàn)對CO?分子的定向捕獲與高效活化。值得注意的是，其雙質(zhì)子化位點之間的間距與CO?分子的尺寸高度匹配，這種精確的尺寸匹配有助于優(yōu)化主客體之間的相互作用，提高CO?分子在催化劑表面的吸附和反應(yīng)效率，為開發(fā)高效的光催化CO?還原催化劑提供了新的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和設(shè)計思路。