三维铅卤化物因其优异的光电特性，被视为极具潜力的光催化材料，但仍普遍面临电荷分布均一、组分调控受限以及水稳定性不足等问题，限制了其在真实反应环境下的应用。针对上述问题，化学科学与工程学院费泓涵课题组联合张弛院士团队，提出了一种全新的结构设计思路，将立方体型[Cu₄X₄]四聚体簇嵌入三维铅卤晶格中，成功构筑了兼具良好水稳定性的三维Cu^I–Pb^II双金属卤化物框架材料，并在水体系中实现了CO₂向高附加值C₂产物乙烯的高选择性光催化转化。相关成果以“Embedding Cu₄X₄ Cubane Clusters into Lead Halide Lattices: Stable 3D Cu–Pb Bimetallic Halide Frameworks for Photocatalytic CO₂-to-Ethylene Conversion in Water”为题，近日在线发表于《先进材料》（Advanced Material）。

在前期研究中，该研究团队已发展出一种基于配位驱动组装的普适性方法，用于构筑水稳定的卤化铅框架。通过引入Pb²⁺–羧酸配位基元，材料在水相中仍能保持结构稳定，为其在水相光催化奠定了基础。基于此，研究团队进一步聚焦于双金属活性位点在CO₂光还原过程中对电荷极化反应中心的关键作用，通过双重配位组装策略，使[Cu₄X₄]簇通过Cu–X–Pb键合有序嵌入三维卤化铅骨架中，构筑了具有 Cu–X–Pb键合网络的三维Cuᴵ/Pbᴵᴵ卤化物框架。

这一合成策略不仅丰富了三维金属卤化物的结构类型，[Cu₄X₄]簇的引入还显著提升了材料的载流子迁移效率，有效抑制了光生电子-空穴的复合。此外，新构筑的双金属框架中形成了本征电荷极化的不对称Cuᴵ–X–Pbᴵᴵ卤素桥联异双金属位点，为CO₂还原反应营造了有利的催化微环境。光催化性能测试表明，该材料能够在纯水体系下能高效将CO₂还原为乙烯，并展现出优异的C₂产物选择性。机理研究揭示，不对称的Cuᴵ–X–Pbᴵᴵ活性位点可有效稳定*COCOH关键反应中间体，促进C–C偶联过程，是实现高选择性生成C₂产物的重要原因。

同济大学费泓涵教授、张弛院士为论文共同通讯作者，博士生李东阳为论文第一作者，该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科委和小米青年学者等项目的支持。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202516054