光催化CO2還原反應(CO2RR)由于其在生產可再生能源和緩解溫室效應方面的巨大潛力，已經受到人們廣泛的關注。然而，到目前為止，人們所開發(fā)的光催化劑的CO2轉化效率仍不理想。對于高效的光催化劑而言，有效的光生載流子的分離效率和激子的定向轉移對有助于提升催化活性。此外，CO2分子與活性中心之間親密而穩(wěn)定的結合作用有利于催化過程和提高產物的選擇性。因此，有必要探索具有高活性位點密度的新型催化劑，以有效分離光生電子-空穴對，并且增強與CO2的相互作用，從而提高整體光催化CO2RR性能。
近日，香港城市大學李振聲(Chun-Sing Lee)、樓雄文和江蘇大學Jiang Zhifeng等通過原位熱解方法，成功地在具有CoO2N1幾何結構的O摻雜BN上修飾了孤立的Co原子(Co/BNF)，所得到的Co/BNF催化劑對光催化CO2-CO還原具有顯著的活性和選擇性。
實驗結果表明，在光照下，Co/BNF的CO產率高達32 μmol g?1 h?1，分別是BNF和塊狀BN的3倍和21倍，對CO的選擇性(約78%)也遠高于BNF(約58%)和塊狀BN(約52%)。同時，Co/BNF表現出長期穩(wěn)定的反應速率，其中CO的產量隨反應時間呈線性增加(斜率k=30.595±0.486，R2=0.997)；在循環(huán)反應實驗過程中，隨著反應時間的推移，催化劑的活性沒有明顯降低，再次表明Co/BNF的良好穩(wěn)定性。
實驗表征和理論模擬證實，均勻分布的Co原子不僅促進了光生載流子的分離，而且可以作為有效的反應位點來加速CO2的活化轉化。此外，與O配位的Co原子可以有效地降低中間體反應能壘，使*CO很容易從催化劑表面釋放出來，提高了光催化CO2RR的效率。更重要的是，具有CoO2N1配位環(huán)境的孤立Co位點使*CO2更容易轉化為*COOH，有利于CO的選擇性生成。
總的來說，這項工作證明了對BN基催化劑改性以提高光催化性能的可行性，所提到的在原子水平上的表面調制策略也為調節(jié)光催化CO2還原的反應動力學提供了新途徑。
Modulating charge separation of oxygen-doped boron nitride with isolated Co atoms for enhancing CO2-to-CO photoreduction. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202303287
