在国家自然科学基金项目（批准号：21471118、91545205、91622103、21971199）等资助下，武汉大学邓鹤翔教授、昝菱教授团队联合上海科技大学的寺崎治（Osamu Terasaki）教授团队，将二氧化钛（TiO2）置于金属有机框架（MOF）的介孔（2-50 nm）孔道中，构筑TiO2-in-MOF“分子隔间”（molecular compartment），实现了单波长光还原CO2等当量释放O2，表观量子产率达11.3%。该研究成果以“二氧化钛在金属有机框架中介孔的填充及二氧化碳光还原（Filling metal–organic framework mesopores with TiO2 for CO2 photoreduction）”为题，于2020年9月9日在线发表于《自然》（Nature）期刊。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2738-2。
MOF因具有可分子定制化的周期性排列的孔道，可用于容纳多种功能纳米材料而受到广泛关注。
该项研究在分子定制的MOF孔道内精准控制TiO2纳米颗粒在空间上的有序排列，实现了TiO2半导体纳米材料在MOF中的无损填充。利用球差校正透射电镜高角环形暗场像（HAADF）和积分微分相衬成像（iDPC）等技术观测到TiO2填充在介孔孔道的具体位置及形貌，即在“分子隔间”结构中，TiO2尺寸均一，粒径不超过MOF晶格所对应的孔道尺寸。
CO2光还原实验表明：TiO2在三维孔道中的有序拼接，有利于TiO2和MOF之间电子传输的最大化，实现了单波长光（350 nm）驱动下11.3%的表观量子产率，并观察到等当量的O2释放。与分散态的无序TiO2及附着在MOF表面的TiO2相比，光催化CO2还原性能提升了近14000倍。
通过构筑“分子隔间”，在分子尺度上精确定制MOF的孔径尺寸和孔道环境，协同MOF与半导体这两种材料各自的特性，有望拓展出一系列新型、高效人工光合作用催化剂。
图. 精确构筑TiO2-in-MOF“分子隔间”