由于其特殊的电子构型，稀土（RE）单原子对光催化活性的影响非常复杂，因此人们关于RE单原子的研究报道很少。

近日，黑龙江大学王国凤教授，美国塔尔萨大学Peifen Zhu，临沂大学Hongyang Zhu报道了基于Dy³⁺的特殊作用和CdS/g-C3N4异质结在光催化领域的特殊优势，成功构建了一种Dy³⁺单原子复合光催化剂。

文章要点

1）在CdS：Dy³⁺/g-C₃N₄异质结中，Dy³⁺掺杂在CdS表面，处于CdS与g-C³N⁴的界面处，Dy³⁺的中间激发态能级正好位于g-C₃N₄ CB与CdS VB的中间，起着电子传输桥的作用。此外，Dy³⁺的表面掺杂引起了周围电子云密度的变化，能够更好地吸收CO₂，起到活化中心的作用。

2）通过一系列的材料优化，CdS：Dy³⁺/g-C₃N₄的光催化性能是纯g-C₃N₄的6.9倍。此外，CdS：0.015%Dy³⁺（4.22 µmol g⁻¹ h⁻¹）和CdS：Dy³⁺/g-C₃N₄（8.06 µmolg⁻¹ h⁻¹）的CH₄生成量分别是纯CdS（0.59 µmol g⁻¹ h⁻¹）的7倍和13.7倍。

单原子催化和异质结相结合的模式充分发挥了RE单原子的CO₂分子活化和4f能级作为电子传递桥梁的双重功能，为设计高催化性能的光催化体系开辟了新的途径。

参考文献

Yue Zhao, et al, Dual Functions of CO₂ Molecular Activation and 4f Levels  as Electron Transport Bridge in Dysprosium Single Atom Composite Photocatalysts with Enhanced Visible-Light Photoactivities, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202104976

https://doi.org/10.1002/adfm.202104976