First published: July 30, 2020
通讯作者：向全军*
单位：电子科技大学
单原子光催化剂目前正受到越来越多的关注，因为其可以对金属资源的合理利用，并且具有最大化的原子利用效率，其中特别是在富含N原子的C3N4通常广泛的用于单原子催化剂的基底材料，但是在晶化g-C3N4基底引入单原子催化剂进行提高催化活性的方法有较大的限制，这是因为结晶化g-C3N4材料的结构调控和缺陷位点数目控制困难。
近日，电子科技大学向全军等在国际知名期刊ACS Nano (影响因子：14.588) 上发表题为“Crystalline Carbon Nitride Supported Copper Single Atoms for Photocatalytic CO2 Reduction with Nearly 100% CO Selectivity”的研究工作。
研究者通过熔盐回流法合成单原子Cu负载的晶化C3N4（Cu-CCN），该材料在光催化CO2还原反应中展现了较高的选择性和反应活性，并且该光催化反应无需任何共催化剂或牺牲剂。并利用原位傅立叶变换红外光谱（ISFTIR）、X射线吸收光谱（XAS）和DFT理论计算，提出了Cu-CCN样品光催化还原CO2的机理。这项工作为提高反应物活性位点的光催化剂的设计提供了一个深入的理解。
该文章的第一作者为李阳博士，向全军为本文通讯作者。
以三聚氰胺和CuCl2为前驱体，采用熔盐法合成Cu-CCN样品的过程示意图及制备样品的相应化学分子结构。
(c, h, i)高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF STEM)图像
(d, e, f, g) EDS mapping。
（c）Cu-CCN，CuO，Cu2O，CuPc和Cu箔的归一化XANES光谱和（d）傅里叶变换的EXAFS光谱
（d）中的插图显示了将单个Cu原子引入氮化碳的模型。
Cu-CCN，CCN，BCN样品光催化还原CO2的活性
（d）CCN样品的原位傅里叶变换红外光谱（ISFTIR）。
（b）CCN样品的原位傅立叶变换红外光谱（ISFTIR）
（c）基于DFT理论计算的Cu-CCN样品光催化还原CO2的反应途径和相应的化学分子结构。“ *”代表基材上的吸附位点。
要点七：Cu-CCN样品在光照射下用于光催化还原CO2的机理研究
Cu-CCN样品在光照射下用于光催化还原CO2的光催化机理和反应途径的示意图。“ *”代表吸附位点。
本文采用熔盐回流法制备了单铜原子/晶体g-C3N4光催化剂（Cu-CCN）。用高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和X射线吸收光谱（XAS）测定了Cu单原子和原子配位的存在。利用原位傅里叶变换红外光谱（ISFTIR）和DFT理论计算，探讨了Cu-CCN样品光催化CO2还原活性和选择性还原CO的机理。
在该Cu-CCN中，单个Cu位点作为吸附CO2的位点，因此可以提高催化剂对CO2的吸附。机理研究结果显示，在Cu-CCN催化剂表面进行的CO2转化为CH4的过程是熵增加过程，但是CO2转化为CO的过程是熵降低过程。因此，这种Cu-CCN催化剂对CO2还原为CO的选择性较高，接近100 %。
通过原位FTIR，X射线吸收，DFT计算模拟方法对反应机理进行研究，该工作为深入理解光催化剂的设计、改善反应物的催化性能提供了更加深入的理解。
Crystalline Carbon Nitride Supported Copper Single Atoms for Photocatalytic CO2 Reduction with Nearly 100% CO Selectivity
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04544
向全军 博士、教授、博士生导师、科睿唯安-全球高被引学者、四川省青年特聘专家。主要从事半导体光催化制氢与二氧化碳还原制备太阳能燃料的研究工作，先后主持国家基金面上项目、青年基金、教育部博士点基金、四川省科技创新人才项目等国家省部级课题6项，获多项国家发明专利。近年来，在新型二维半导体纳米材料的制备及其能源环境应用方面开展了相关研究工作，取得一系列重要的研究结果，以第一作者或通讯作者J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Soc. Rev.等国际期刊上发表SCI论文40余篇，总论文被SCI他引12350余次，单篇论文SCI他引超过1000余次的论文3篇，ESI高被引论文23篇。担任一期《Chinese Journal of Catalysis》特邀客座编辑（Guest Editor），连续4年（2016、2017、2018和2019年）获汤森路透/科睿唯安（Clarivate Analytics）-化学学科“全球高被引学者”，连续6年获爱思唯尔（Elsevier）2014-2019年“中国高被引学者榜单”，第十七届霍英东基金青年教师奖， 2016年和2018年湖北省自然科学一等奖（均为第二完成人）
引用：http://www.ese.uestc.edu.cn/info/5063/10815.htm
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