江西农业大学，Coord. Chem. Rev.：氮化碳与单原子的完美结合：一类用于高效环境修复和清洁能源生产的新型光催化材料

第一作者：赵国庆

通讯作者：赵国庆，于金刚，卢丽敏

通讯单位：江西农业大学化学与材料学院、中南大学化学化工学院

DOI：10.1016/j.ccr.2025.217144

近日，江西农业大学卢丽敏/赵国庆团队联合中南大学化学化工学院于金刚教授课题组在国际知名学术刊物Coordination Chemistry Reviews（IF=23.5，中科院一区TOP期刊）发表了题为“Graphitic carbon nitride meets single-atom: A novel photocatalyst for efficient utilization in environmental remediation and clean energy production”的重要研究成果。本论文首先溯源了氮化碳基单原子光催化剂的研究历史，突出了氮化碳作为单原子催化剂基底材料的优势以及巨大应用潜力。其次，系统阐述了氮化碳基单原子催化剂的合成方法（Direct synthesis strategy和Post synthesis strategy）和催化剂结构表征和鉴定手段。重点阐述了氮化碳基单原子催化剂在环境污染物修复和清洁能源生产中的作用，揭示了这些催化剂催化活性位点、反应机理和环境污染物修复或清洁能源生产之间的关系。最后，论文提出了氮化碳基单原子催化剂当前面临的挑战和未来方向，为设计高性能光催化剂提供了有效参考和借鉴。

单原子催化剂（SACs）以其独特的电子特性、明确的活性中心、卓越的原子利用率和优异的光催化活性而迅速成为光催化研究的热点。然而，单一单原子催化剂普遍面临活性位点少、易团聚、稳定性差等不足，限制其广泛应用。近年来，将单原子催化剂锚定在氮化碳基底上可以规避上述弊端，成为前沿研究热点。鉴于此，本论文系统总结了氮化碳基单原子催化剂研究现状。具体来讲，论文首先系统梳理了氮化碳基单原子催化剂的研究历程。其次，阐述了氮化碳基单原子催化剂的合成方法（Direct synthesis strategy和Post synthesis strategy）和催化剂结构表征和鉴定方法。随后重点讨论了氮化碳基单原子催化剂在环境污染物修复和清洁能源生产方面的应用，揭示了催化剂催化活性位点、反应机理和污染物降解或清洁能源生产之间的关系。最后，提出了氮化碳基单原子催化剂面临的挑战和未来发展方向。

环境污染与能源短缺问题严重阻碍人类社会可持续发展，在此背景下，光催化技术因成本效益高、生态影响小等优势，成为解决环境与能源问题的极具前景的策略。单原子催化剂（SACs）因独特电子特性、明确的活性中心、较高的原子利用率及优异的光催化活性，成为光催化研究热点。然而，SACs表面自由能高，易在反应中聚集成纳米颗粒，故需合适载体。石墨相氮化碳作为一种非贵金属材料，具有高比表面积和不饱和配位氮原子可提供大量配位位点，形成氮化碳基单原子催化剂。同时，氮化碳可与表面锚定的单原子相互作用，调节其配位环境，增强其催化活性、选择性和稳定性。因此它被广泛用于锚定和支撑金属原子。鉴于此，本文系统总结了氮化碳基单原子催化剂在环境污染物修复与清洁能源生产领域的最新研究进展，期望可为高效单原子基光催化剂的设计合成提供借鉴和参考。

本文总结了氮化碳基单原子光催化剂在环境污染物修复和清洁能源生产领域的研究进展，并对未来可能发展方向进行了展望。具体展望如下：（1）设计合成高原子负载量的氮化碳基单原子光催化剂；（2）开发高效表征技术手段分析鉴定氮化碳基单原子光催化剂的配位环境、催化活性中心以及反应过程中催化位点的动态演变规律；（3）开发理论计算手段明确氮化碳基单原子催化剂中原子配位环境、电子结构配置以及原子与载体之间的相互作用机制；（4）为进一步提高催化剂光催化活性，应进一步筛选高活性单原子与氮化碳基底锚定，并优化电子结构和几何形状调节单原子配位构型，增强其光催化活性；（5）尝试不同构型的单原子催化剂锚定在同一氮化碳基底上，调控载体与原子之间的相互作用，诱使产生协同催化效应；（6）继续拓展开发氮化碳基单原子催化剂的应用领域，如光催化硝酸根还原、光催化尿素合成、光催化甲烷重整等；（7）继续优化氮化碳基单原子催化剂结构，并建立光催化剂寿命评估体系及其催化稳定机制研究方法。

赵国庆，男，工学博士，江西农业大学青年教授，硕士研究生导师，研究方向为能源环境光催化材料的设计合成与性能研究。目前主持江西农业大学博士科研启动基金项目、江西省自然科学基金青年项目、江西省职业早期青年科技人才培养项目等。目前以第一作者/通讯作者在Coord. Chem. Rev., Small, Chem. Eng. J. Sep. Purif. Technol., 等国际权威期刊发表SCI论文26篇，其中ESI（1%）高被引论文2篇。

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