利用太阳能驱动二氧化碳转化为高附加值化学品，是同时解决温室气体排放与能源短缺的有效途径。二氧化碳分子化学性质稳定，化学键解离能较高，传统光催化材料大多只能利用紫外光和可见光，无法充分利用近红外波段的太阳能，整体转化效率受限。光热催化可以结合光效应与热效应，借助光子向声子的能量转换过程降低反应活化能，成为该领域的研究热点。目前多数光热催化剂存在明显短板，光敏组分与催化活性中心空间相互分离，电荷传输效率低，同时材料光热转换速度慢、化学稳定性差，难以在强酸、强碱环境以及多次循环使用中保持结构完整。金属有机框架具有结构可精准调控的优势，能够在分子层面整合不同功能单元，是设计新型光热催化剂的理想载体，基于这一思路开展相关研究具备重要的应用价值。

南开大学赵斌、阳科与深圳大学陈智等人设计并合成Ru/Zn双金属有机框架，实现光能、热能与催化功能的一体化构建，依托光热协同效应大幅提升二氧化碳固定反应效率，为高性能光热催化材料的研发和二氧化碳资源化利用提供了可靠的实验参考与理论支撑。相关成果发表于国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》( IF15.7 )。

研究人员采用一步溶剂热合成方法，以三氯化钌六水合物、乙酸锌以及二羧基联吡啶配体为原料，在水溶液中160 ℃条件下反应三天，制备得到新型双金属有机框架材料 GIA-RuZn，化学组成为 Ru(BPDC)₃Zn₂(H₂O)₃・4H₂O。该材料属于单斜晶系手性空间群，整体由二维层状结构相互穿插形成三维交织骨架。晶体结构分析显示，框架内存在两种配位形式的Zn离子，一种为四配位四面体结构，另一种为五配位三角双锥结构，Ru离子则与六个氮原子配位形成八面体构型，金属节点依靠有机配体有序连接。研究通过粉末 X 射线衍射、红外光谱、热重分析以及变温 X 射线衍射开展表征，结果证明该材料热稳定性优异，可耐受450℃高温，同时在不同有机溶剂、1 mol 盐酸以及 2 mol 氢氧化钠溶液中都能维持完整晶体结构。X 射线吸收精细结构谱和 X 射线光电子能谱测试证实，材料中的Ru和Zn均为正二价，金属物种以孤立状态分布，不存在团聚现象。

研究对材料的光学、光电以及光热性能进行系统测试，和单一Zn基金属有机框架相比，因引入三联吡啶Ru光敏单元，材料光吸收范围更广，光学带隙更窄。材料的光生载流子寿命更长，电荷转移电阻更低，载流子的分离与传输效率得到显著提升。在波长 808 nm、功率 0.8 W cm⁻² 的激光照射下，样品仅用时 1.3 秒就可以将体系温度提升至 155.7 ℃，光热转换速率十分突出，多次通断光照循环后，升温性能没有出现明显衰减，展现出良好的光热循环稳定性。

实验选取炔丙胺与二氧化碳的羧基环化反应作为催化评价体系，在 20 W白光模拟太阳光的条件下开展催化测试。经过反应条件优化，以 DBU 为碱、乙腈为反应溶剂时，目标产物收率可以达到 99%，转化数 TON 高达 556。研究设置多组对照实验，分别采用单一热催化、单一光催化，以及金属盐、单一组分金属有机框架作为催化剂，结果证明该反应依靠光热协同机制进行，三联吡啶Ru主要负责捕获光能并完成光热转换，Zn离子作为核心活性位点活化反应底物。该催化体系底物适用范围较广，多种取代类型的炔丙胺都可以高效参与反应，仅氨基直接与苯环相连的底物活性有所下降。催化剂循环实验表明，连续十次反应后，材料晶体结构与金属价态均未发生改变，金属浸出率低于 0.1%，将反应放大至克级规模后依旧保持高催化活性。

研究结合原位红外光谱、核磁共振测试以及密度泛函理论解析催化机理，整个反应分为二氧化碳插入、环化与质子转移两个主要阶段。Zn离子可以有效极化炔丙胺的 N-H 化学键，同时吸附并活化二氧化碳分子，其中四配位Zn位点更有利于中间体转化，将环化反应的能垒从 29.1 kcal/mol 降低至 18.1 kcal。自由基捕获实验验证，光生电子和空穴是反应过程中的重要活性中间体，明确了光敏单元与金属催化位点之间的协同作用模式。

该研究将三联吡啶Ru光敏单元与Zn基催化位点集成在同一金属有机框架中，成功制备出兼具宽光谱吸光能力、超快光热转换性能与高催化活性的一体化功能材料。三维交织骨架赋予材料优异的热稳定性和化学耐受性，光热协同作用有效降低二氧化碳羧基环化反应的活化能，催化剂在活性、选择性、循环稳定性以及规模化应用方面都表现出良好潜力。该工作为分子层面设计光热协同型二氧化碳转化催化剂提供了新的思路，也进一步拓展了金属有机框架在太阳能利用、碳资源化领域的应用场景。