以水为还原剂的光催化固氮是一种很有前途的氨合成策略，这促使人们不断开发高效的光催化剂，从而为固氮提供了高的太阳光利用率和催化效率。Cu2O是一种低成本的可见光响应型半导体光催化剂，从热力学角度来看，其可作为可见光催化N2还原为NH3的理想催化剂，然而，迄今为止，该领域尚未有报道。值得注意的是，迄今为止，大多数报道所合成的横向尺寸较大(通常为几十到数百纳米)的Cu2O光催化剂普遍存在严重的电子-空穴复合和有限的表面位置，这严重限制了其潜在的光催化固氮活性。基于此，横向尺寸约为1-3 nm的超细Cu2O光催化剂与传统的纳米粒子基光催化剂相比具有明显的优势，但超细光催化剂的控制合成仍然具有挑战性。
近日，中科院理化技术研究所张铁锐研究员报道了通过CuZnAl-LDH（简称LDH）纳米片的原位拓扑定向转化(控制还原)法，成功地合成了亚3 nm超细Cu2O，这是迄今为止，人们所合成的最细的Cu2O之一。
文章要点
1）研究人员通过在室温下使用抗坏血酸作为还原剂，基于温和的还原过程获得了超细的Cu2O，并通过改变抗坏血酸的浓度和还原时间来控制超细Cu2O的合成。
2）研究人员首次将得到的LDH负载的超细Cu2O应用于光催化N2还原为NH3。结果显示，与负载较大尺寸的块状Cu2O纳米晶体和最近报道的大多数pNRR光催化剂相比，超细Cu2O具有更好的pNRR活性（超细Cu2O的可见光催化的pNRR活性为4.10 mmol gCu2O-1 h-1，约比块状Cu2O参考光催化剂高64倍）。
3）先进的光谱表征研究，包括时间分辨光致发光光谱(TPL)和时间分辨吸收光谱(TAS)分析结果表明，亚3 nm超细Cu2O产生了长寿命的光激发电子，并为N2的吸附和活化提供了高度暴露的表面位置。因而具有优异的光催化性能。
这项工作对未来氨合成和其他应用的超细催化剂设计具有指导意义。
Shuai Zhang, et al, Sub-3 nm Ultrafine Cu2O for Visible Light-driven Nitrogen Fixation, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202013594
https://doi.org/10.1002/anie.202013594
