合成催化剂的一个圣杯是构建具有所设计的电子结构和催化性能的杂化化合物，例如对金属原子的可控操纵。在多相催化中，原子利用率最高的单原子催化剂往往具有令人印象深刻的催化活性。此外，原子修饰也为调节催化过程中激发电子和空穴的氧化还原能力提供了机会。然而，改变反应路线的单原子修饰还处于研究早期阶段，还没有得到系统的发展。

近日，新加坡南洋理工大学楼雄文教授报道了通过表面修饰工程实现了利用孤立Co原子来修饰W₁₈O₄₉超细纳米线（W₁₈O₄₉@Co）。

文章要点

1）研究人员首先采用一种简便的方法合成了W₁₈O₄₉纳米线。随后，在室温下，通过在乙醇溶液中与Co(NO₃)₂混合，将Co物种进一步负载到合成的W₁₈O₄₉纳米线上。将负载Co的样品在空气中进行高温煅烧，以增强修饰后的Co原子与W₁₈O₄₉纳米线之间的相互作用。

2）优化后的W₁₈O₄₉@Co催化剂具有较高的光催化CO₂还原活性，CO生成率高达21.18 mmol g⁻¹ h⁻¹。

3）X射线吸收精细结构谱证实修饰后的Co原子被限制在W18O49超细纳米线的表面晶格中。实验结果和密度泛函理论（DFT）计算表明，孤立的Co原子不仅是CO₂还原的活性中心，而且极大地改变了杂化材料的能带结构。W₁₈O₄₉@Co超细纳米线的负移平带从根本上改变了其CO₂还原性能，使催化动力学大大加快，提高了光催化效率。

参考文献

Huabin Zhang, et al, Isolated Cobalt Centers on W₁₈O₄₉ Nanowires Perform as a Reaction Switch for Efficient CO₂ Photoreduction, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.0c08409

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c08409