第一作者：马敏智
通讯作者：马敏智，武四新，法文君
通讯单位：教育部特种功能材料重点实验室（河南大学）、河南省微纳米材料储能与转换重点实验室（许昌学院）
关键词：CO2光还原制甲醛，限域非对称氢键网络，水分子活化，硫掺杂氮化碳，速率决定步骤
通过调控光催化剂表面水分子氢键网络结构，本研究提出了一种提升CO2光还原制甲醛(HCHO)效率的新策略。采用硫掺杂石墨相氮化碳(g-C3N4-S)作为模型催化剂，实验表明，其表面-SOX基团通过限域非对称氢键网络，显著促进了H2O解离生成质子，并增强CO2及中间体CO的吸附。相较于原始g-C3N4(72.9 μmol)，g-C3N4-S的HCHO产量提升至180.9 μmol（2.5倍），且选择性超过99%。该研究为通过调控界面水分子氢键网络提升CO2还原效率提供新思路，助力碳中和目标实现。
选择性光催化还原CO2制HCHO途径研究的现状与挑战
CO2光催化还原生成HCHO是实现绿色化工的重要路径，但H2O解离半反应的高能垒严重制约反应效率。传统研究聚焦于调控CO2吸附或载流子分离，而本工作发现H2O分子在催化剂表面的氢键网络结构对质子生成和中间体转化具有决定性影响。通过构建限域非对称氢键网络，可降低H2O解离能垒， 提升CO2还原效率。
1. 提出从调节水氢键网络结构这一独特视角出发，通过限域不对称水氢键网络，加速H2O解离的全新策略，为高效光催化还原CO2为HCHO提供了创新的思路和方法。
2. 氮化碳表面的硫氧物种能够改变催化剂表面吸附水的结构，使其从对称转变为非对称，降低H2O解离难度，为CO2还原提供充足质子。
3. 硫氧物种通过促进水吸附，提高了催化剂表面CO2和*CO中间体的局域覆盖浓度吸附，进而促进了二氧化碳高效转化为甲醛。
本研究设计催化剂诱导界面水形成限域非对称氢键网络，揭示其对H2O解离动力学和CO2还原反应路径的促进作用。通过这一创新性研究，本课题有望在光催化CO2还原领域取得重要进展，为实现高效、可持续的CO2还原提供了一条全新的催化剂设计方向。
马敏智：校聘副教授，河南大学与许昌学院联合培养在读博士后（2023.12入站）。2016年毕业于许昌学院材料科学与工程学院，2018.01-2018.04赴日本京都大学交流学习（导师：Prof. Hisao Yoshida），2022.12获西南石油大学材料化学工程博士学位（导师：周莹教授、国家杰青、副校长）。目前以通讯作者或独立第一作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Appl. Catal. B-Environ.、Chem. Eng. J.、Green Chem.等期刊发表SCI论文7篇，合作发表论文SCI论文19篇。主持在研青年国家自然科学基金项目一项，在研博士后第75批面上项目一项，在研2024年国家资助博士后研究人员计划一项，获得2022川渝科技学术大会优秀论文三等奖。目前主要研究方向为光及光热催化还原CO2资源化利用。
法文君，教授，郑州大学兼职硕士生导师，许昌学院表面微纳米材料研究所副所长。主要从事功能纳米材料的制备研究工作。发表SCI论文20余篇，研究成果获河南省科技进步奖二等奖一项(第二完成人)，河南省教育厅科技成果奖两项。
Confining asymmetric water hydrogen-bond network to boost photoreduction of CO2 to formaldehyde
DOI: 10.1016/j.cej.2025.161232
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161232
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