嵌入在半导体中的金属团簇催化剂是实现高效光催化CO₂还原的关键因素。然而，开发一种简单的策略来合成具有这些特性的光催化剂仍然具有挑战性。

近日，加拿大拉瓦尔大学Trong-On Do报道了通过一步法合成嵌入在g-C₃N₄层中的钴团簇，用于促进光催化CO₂还原。

文章要点

1）以尿素为g-C₃N₄的前驱体，以4，4‘-二氨基-2，2’-联吡啶(NH₂-bpy)为配体，制备了一系列具有不同钴负载量的CoO_x/g-C₃N₄样品。记为C₃N₄-mCoO_x，其中m为Co的wt.%。在煅烧过程中有两个不同的温度阶段。在最初的两个小时内，将混合物在尿素的熔点温度下保持在135 ℃，然后将温度升至500 ℃，并保持2 h以形成C₃N₄-mCoO_x。

2）研究发现，微小的钴团簇被嵌入到g-C₃N₄结构中，并通过与NH₂-bpy基团的相互作用而稳定下来。此外，由于氨基的存在，钴配合物的配体在合成过程中可以与尿素发生共聚反应，从而在C₃N₄和钴簇合物之间提供直接的电子转移，这两个簇合物分别作为光收集器和活性还原点。

3）结果显示，CO生成率与氮化碳基体中的钴团簇之间存在火山效应关系。在优化条件下，具有代表性的C₃N₄-0.5CoO_x具有2.6 µmol h-1的极高CO生成速率。其表观量子产率在420 nm处为3.2%，在460 nm处为1.0%，是迄今报道的最高值之一。

这一发现为在合理使用金属配合物的基础上设计用于光催化CO₂还原的金属簇合物光催化剂提供了新的机会。

D-T. Nguyen, C-C. Nguyen, T-O. Do, Rational one-step synthesis of cobalt clusters embedded-graphitic carbon nitrides for the efficient photocatalytic CO₂ reduction under ambient conditions, Journal of Catalysis (2020)

DOI：10.1016/j.jcat.2020.09.038

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.09.038