新型纳米多孔材料CuO-AlPO4的框架杂化及其低温高效分解CO2机制研究

为应对全球变暖问题，Karthika Devi与Chellapandian Kannan团队通过模板法合成CuO-AlPO4杂化框架材料，利用XRD、FT-IR等技术证实其独特双晶系结构，UV-Vis光谱揭示O2?-Cu2+电荷转移机制。该材料在低温下实现98% CO2转化率与91%氧选择性，为碳减排提供新策略。

　　

全球变暖与CO₂排放的恶性循环已成为人类生存的严峻挑战。作为温室气体的主要成分，CO₂的化学分解被视作缓解气候危机的潜在突破口，但传统催化材料往往需要高温条件且效率有限。印度Manonmaniam Sundaranar大学化学系的Karthika Devi和Chellapandian Kannan另辟蹊径，将铜氧化物(CuO)与磷酸铝(AlPO₄)的晶体框架进行分子级杂化，创造出兼具双晶系特性的纳米多孔材料CuO-AlPO₄，其突破性成果发表于《Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements》。

研究团队采用四丙基氢氧化铵为模板剂，通过X射线衍射(XRD)证实材料同时具备AlPO₄的四面体框架和CuO的线性Cu²⁺-O^2?配位结构。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)与紫外可见光谱(UV-Vis)捕捉到O^2?向Cu²⁺的电荷转移现象，这种独特的电子相互作用通过透射电镜(TEM)观察到纳米级孔道结构得到佐证。比表面积测试(BET)显示材料具有高孔隙率，程序升温脱附(TPD)则揭示其表面活性位点分布特性。

结构表征揭示杂化机制

XRD图谱显示材料同时存在AlPO₄的立方晶系和CuO的单斜晶系特征峰，证实双晶系杂化成功。研究者提出模板剂分子取向可能引导了这种特殊框架组装。

光谱分析阐明活性本质

UV-Vis在250-400 nm区间出现典型电荷转移带，对应O^2?→Cu²⁺的电子跃迁，这种相互作用大幅提升了氧化物离子(O^2?)的生成效率，为低温催化奠定基础。

性能测试突破效率极限

在相同反应条件下，CuO-AlPO₄的CO₂转化率达到98%，远超文献报道值，氧选择性亦高达91%。热重分析(TGA)显示材料在500°C仍保持稳定，说明其工业应用潜力。

这项研究开创性地通过晶体框架杂化策略，解决了传统CO₂分解材料活性与稳定性难以兼得的矛盾。CuO-AlPO₄中O^2?-Cu²⁺电荷转移通道的建立，不仅为设计新型环境催化材料提供理论依据，其接近完全的CO₂转化效率更使碳中和目标变得可期。研究者特别指出，该材料的模板合成法具有可扩展性，未来可通过调控Al/Cu比例进一步优化性能。