人工光合成是将CO₂转化为碳基化学品的理想技术之一。近年来，非共价键连接的金属配合物和半导体组成的超分子光催化系统因其可调的组成结构和类均相催化反应特征而备受关注。这些系统中，金属中心通过与半导体材料的非共价相互作用接受光生电子作为CO₂催化还原位点。其整体催化性能强烈依赖于光激发半导体产生的电子迁移到相应催化位点的效率。

近日，福州大学的李留义教授、毕进红教授、于岩教授团队通过羧酸功能化的sp²-c-COF与Co配合物阳离子结合，构建了一种基于静电作用的超分子光催化系统。动态静电相互作用不仅能够使Co配合物阳离子围绕在COF周围接收光激发电子，而且能够保留均相催化反应特性，实现了显著的光催化CO₂还原性能，其催化效率远优于基于范德华或氢键作用的类似超分子系统。该研究为增强光催化材料中的电荷空间分离和转移提供了新思路。

作者首先通过对催化材料的系列表征证实了COOH-COF和[CoL₃]²⁺的通过静电作用成功组合，在组合体中Co配合物保持了分子配合物的组成和结构。

通过系列光电化学性质表征，对超分子系统中COF和金属配合物组分间的电子转移性质进行了探究。光照下，基于静电作用Co-COF表现出更优的界面电荷转移效率。

电子-空穴分析等理论计算进一步证明了COF上光激发电子向Co配合物上的转移。光激发下，COF上光激发电子能够传递至金属配合物，而空穴主要分布在COF骨架上，从而在一定程度上实现电子和空穴完的空间分离。IFCT分析进一步证实了基于静电作用的Co-COF具有更优的空间电荷分离效率。

在可见光照射条件下，基于静电作用的Co-COF在光催化CO2还原中表现出更优的性能，其CO生成速率达到3.7 mmol g^-1 h^-1，远优于具有类似组成的基于范德华力或氢键作用的超分子体系。这可能主要源于动态静电相互作用在金属配合物接收COF光生电子与保持自由度之间达到了微妙的平衡。

总之，本研究成功构建了一种通过静电相互作用连接的超分子光催化系统。该效应增强了从COF半导体向金属配合物催化活性中心的光生电子转移。动态静电作用抑制了传递到金属配合物的电子与留在COF上的空穴的复合，实现相对长寿命的电荷分离态，促进了CO₂还原。本工探索的基于静电作用的光催化系统构建策略有望为设计高效光催化剂提供新的思路，进一步推动人工光合作用技术的发展。