引入单原子金属（SAM）是改善聚合氮化碳（PCN）光催化的一种有前途的策略，但是目前的研究仅限于将SAM负载在PCN表面上作为活性位点。近日，大连理工大学赵忠奎，上海应用物理研究所司锐和大连化物所刘岳峰等人制备了一种由氮化碳纳米片（HCNS）组成的具有插层结构的空心碳氮化物球，其原子分散的Cu₁N₃部分嵌入通过分子组装方法制备的纳米片（Cu₁@HCNS）中。由于单原子金属与PCN相互作用的增强，因此PCN的光催化性能得到了改善。这项工作为进一步提高氮化碳在太阳能燃料生产和清洁有机合成方面的光催化效率开辟了一条新的途径。

文章要点：

1）研究人员以廉价的三聚氰胺（ME），氰尿酸（CA）和硝酸铜为原料，制备了由分布在不同位置的氮化碳纳米片修饰单原子Cu组成的两种插层结构的空心氮化碳球，Cu₁N₃分别嵌入氮化碳纳米片（Cu₁@HCNS）和锚定在纳米片表面上（Cu₁/HCNS）。通过HAADF-STEM和XAFS测试，证实了通过Cu-N键可以固定Cu₁N₃。通过使用/不使用Ar等离子体蚀刻的X射线光电子能谱（XPS）确认了PCN中Cu₁N₃独特的分布位置。

2）与Cu₁/HCNS和原始HCNS的HER相比，Cu₁@HCNS的HER分别高1.6倍和2.7倍，表观量子产率（AQY）则高7.1％，比批量PCN高35.4倍。更有趣的是，Cu₁@HCNS显示出10583μmolg-1 h-1的亚胺生产出乎意料的高苄基胺氧化速率（BOR），分别比Cu₁/HCNS和原始HCNS高3.8和2.5倍。

3）Cu₁@HCNS的BOR比报道的Pt / MOF高得多，并且BOR与报道的Ni/CdS相当，从而可以避免使用贵重的Pt或有毒和光腐蚀性的CdS。同时，其出色的光催化作用扩展到了各种苄胺衍生物。此外，研究人员发现，由于电子结构的调节和通过引入单原子铜的促进界面电荷转移，因此增强了其光致还原催化作用，并且其促进作用，取决于Cu₁N₃的分布位置。研究人员还确认，SAM是通过Cu-N键合嵌入PCN纳米片中，而不是通过静电吸附将SAM嵌入或锚固在PCN表面上。

Wang, Guanchao, et al, Modulating Location of Single Copper Atoms in Polymeric Carbon Nitride for Enhanced Photoredox Catalysis, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c01099

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01099