彭超老师课题组揭示Rh@COF/MXene光催化NADH再生机制并实现光-酶级联催化CO₂还原效率新突破

二氧化碳（CO₂）还原是一种重要的碳中和技术，能够将CO₂转化为有价值的化学品，然而CO₂还原反应涉及多个质子耦合电子转移及其反应中间体，这使得产物选择性难以精确控制。在这种背景下，酶催化因其反应条件温和、选择性高等优点，受到了广泛关注。其中，甲酸脱氢酶（FDH）因其能够高选择性地将CO₂还原为甲酸而备受瞩目。FDH活性位点的电子转移是CO₂还原反应的关键驱动力，而辅酶（主要为NADH）则是电子供体的关键物质。但 NADH 价格昂贵（约2600美元/mol）且用量大，限制了其实际应用。值得注意的是，光催化体系能够产生激发电子-空穴对，而FDH酶催化反应则需要NADH作为电子供体。显然，光催化NADH再生与FDH催化的CO₂还原反应可以实现高效协作，从而使两者各自的独特优势得以充分发挥。

基于此，我院彭超老师旨在攻克 CO₂减排和 NADH 再生难题，通过创新设计光催化剂实现高效光酶催化。首次证实含亚胺-吡啶结构的 COF 可锚定 [Cp*Rh]，并将 Ti₃C₂T_x (MXene) 和 [Cp*Rh] 依次组装到TD-COF 上，构建出Rh@COF/MXene 双助催化剂光催化体系。通过X 射线光电子能谱 (XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜 (TEM) 等表征确认了Ti₃C₂T_x的组装和[Cp*Rh]的固定。通过光电化学和稳态-瞬态荧光光谱测试，研究了复合光催化剂电荷传输的速率差异、界面电荷转移电阻、激子结合能等参数。结果表明，这种复合设计利用Ti₃C₂T_x和[Cp*Rh]二者协同效应降低激子结合能、促进载流子转移，显著提升了 NADH 再生性能。进而在光酶偶联 CO₂还原反应中展现较高的甲酸产率，为光酶偶联体系中COFs的设计和改性方法提供了参考与借鉴。

相关成果以“Rh-functionalized imino-pyridine covalent organic framework (COF) assembled on Ti₃C₂T_x (MXene) for efficient NADH regeneration and photoenzymatic CO₂ reduction”为题发表在化学领域权威期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上。论文第一单位为五邑大学环境与化学工程学院；第一作者为五邑大学硕士研究生郑海龙，通讯作者为彭超副教授。本研究得到国家自然科学基金面上项目和广东省基础与应用基础研究青年提升项目等基金项目的大力支持。