尽管光催化CO₂还原制取太阳能燃料已经引起了人们的极大兴趣，但仍存在催化效率低、选择性差等问题。

近日，清华大学李亚栋院士，中南大学雷永鹏教授提出了一种通过选择性磷化和Cu沉积在C₃N₄中引入P和Cu单原子的分步策略。

文章要点

1）研究发现，交换两个步骤的顺序能够将掺磷氮化碳（PCN）中Cu的配位结构从Cu₁N₃（Cu₁N₃@PCN）调整到Cu₁P₃（Cu₁P₃@PCN）。研究人员将这些催化剂在没有牺牲剂的情况下，以水为还原剂，在可见光波长下进行了CO₂RR光催化试验。

2）实验结果显示，Cu₁N₃@PCN可专门催化CO₂RR生成一氧化碳(CO ), CO生成速率为49.8 mol_CO g_cat^-1 h^-1，超过了大多数基于C₃N₄的光催化剂，而Cu₁P₃@PCN有利于H₂的形成。

3）实验分析结合理论研究发现，通过取代角碳原子将P引入到C₃N₄中，使Cu₁N₃中Cu的d带中心上移至费米能级附近，这改善了CO₂在Cu₁N₃上的吸附，并使Cu₁N₃@PCN仅在CO₂RR中对CO有活性。相反，Cu₁P₃@PCN具有低得多的Cu 3d电子能量，对CO₂的吸附较弱，Cu₁P₃上的COOH*稳定性差，从而有利于水分解为H₂，而不是CO₂还原。

参考文献

Xiaohui Sun, et al, Phosphorus Tailors the d-Band Center of Copper Atomic Sites for Efficient CO₂ Photoreduction under Visible-Light Irradiation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202207677

https://doi.org/10.1002/anie.202207677