光催化CO2還原合成高附加值的碳?xì)淙剂鲜蔷徑鉁厥倚?yīng)和能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)碳中和的一種有前景的策略。由于該過(guò)程涉及多電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，光催化CO2還原合成碳?xì)淙剂厦媾R產(chǎn)物活性和選擇性的雙重難題。近年來(lái)，單原子催化劑已經(jīng)廣泛應(yīng)用在光催化CO2還原領(lǐng)域。然而，受光生載流子分離效率和金屬活性位點(diǎn)對(duì)反應(yīng)中間體的吸附強(qiáng)度等因素的限制，單原子光催化CO2還原產(chǎn)物（尤其是CH4等碳?xì)淙剂希┑幕钚院瓦x擇性仍有較大的提升空間。
近日，山東大學(xué)黃柏標(biāo)教授、程合鋒教授團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宋禮教授團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)一種配體交換的策略成功地將具有低配位結(jié)構(gòu)的Au單原子（Au1-S2）錨定在超薄硫銦鋅（ZIS）納米片表面（Au1/ZIS），并將其應(yīng)用于光催化CO2還原研究。 在可見(jiàn)光照射下，以聯(lián)吡啶釕作為光敏化劑，所制備的Au1 /ZIS光催化CO2還原生成CH4的速率可以達(dá)到275 μmol g–1 h–1，比純ZIS納米片和修飾有Au納米顆粒的ZIS納米片（AuNPs/ZIS）分別提高了21.2和2.1倍；同時(shí)，Au1/ZIS催化劑對(duì)CH4產(chǎn)物的選擇性可以高達(dá)77%，遠(yuǎn)高于ZIS（12.3%）和AuNPs/ZIS（42.3%）催化劑。 通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)表征發(fā)現(xiàn)，Au單原子引入不僅可以為CO2還原提供豐富的活性位點(diǎn)，顯著提高Au原子的利用率。同時(shí)，Au單原子相較于Au納米顆?？梢愿行Т龠M(jìn)光生載流子的分離效率，從而提高光催化CO2反應(yīng)的效率。進(jìn)一步的原位紅外光譜結(jié)合理論計(jì)算表明，具有低配位結(jié)構(gòu)的Au1/ZIS催化劑可以有效活化CO2分子，穩(wěn)定*CO中間體，使其進(jìn)一步質(zhì)子化生成CH4。此外，其還能夠顯著降低CO2還原生成CH4過(guò)程的能量勢(shì)壘。該工作不僅為制備具有低配位結(jié)構(gòu)的單金屬原子催化劑提供了新的思路，也為單原子光催化劑通過(guò)選擇性人工光合成制備目標(biāo)產(chǎn)物開(kāi)辟了新的途徑。 論文信息 Low-Coordination Single Au Atoms on Ultrathin ZnIn2S4 Nanosheets for Selective Photocatalytic CO2 Reduction towards CH4 Shenghe Si, Hongwei Shou, Yuyin Mao, Xiaolei Bao, Guangyao Zhai, Kepeng Song, Zeyan Wang, Peng Wang, Yuanyuan Liu, Zhaoke Zheng, Ying Dai, Li Song, Baibiao Huang, Hefeng Cheng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202209446
