近日，美国科学促进会（AAAS）主办的全球科技新闻服务平台（EurekAlert！）以“Synergy palladium single atoms and twinned nanoparticles for efficient CO₂photoreduction”为题，报道了学院胡勇教授发表于Advanced Powder Materials（APM）的研究论文“Electron-enriched single-Pd-sites on g-C₃N₄nanosheets achieved by in-situ anchoring twinned Pd nanoparticles for efficient CO₂photoreduction”（原位锚定的Pd纳米孪晶，实现Pd单原子位点电子富集促进CO₂光还原）。研究证明了在金属单原子与载体的强电子相互作用的辅助下，利用金属孪晶纳米颗粒对金属单原子活性位点的电子结构进行有效调控，并揭示了其提高光催化性能的内在机制。

利用清洁、可持续的太阳光，将二氧化碳光催化还原（CO₂PR）转化为高附加值化学品，为解决气候变化和能源危机提供了一个前景广阔的解决方案。迄今为止，一系列由g-C₃N₄锚定的各种金属(包括Cu、Pt、Pd和Ag)的单原子位点已被证明能够促进CO₂PR。这是因为具有sp²π共轭层状结构的g-C₃N₄可以提供电负性氮原子锚定金属单原子(M-SAs)，形成活性金属-氮构型(M-N_x)。然而，稳定的M-N_x构型不利于M-SAs位点的电子结构调控。另外，过渡金属相对于费米能级的d带中心位置决定了金属-吸附物的结合强度，为了达到最佳的催化活性，这种结合强度既不能太弱也不能太强。因此，精确调控M-SAs位点的电子结构对于提升CO₂PR的性能和选择性至关重要。研究表明在M-SAs修饰的g-C₃N₄上负载金属孪晶粒子(M-TPs)可以在不牺牲载体原始特性的情况下修饰M-SAs位点。并且，考虑到M-TPs的高电子云密度，通过配体桥连接的M-SAs和M-TPs之间极有可能发生电荷密度重排。然而，用M-TPs调节M-SAs的电子结构所面临的挑战在于合成一种巧妙的结构，这种结构具有较强的电子-金属支撑相互作用，并拥有优异的电子传输能力，从而促进CO₂PR。

基于此，胡勇教授课题组开发了一种离子负载热解路径，实现在超薄g-C₃N₄纳米片上原位锚定Pd-TPs和Pd-SAs的结构(Pd_TP/Pd_SA-CN)，促进了高效的CO₂PR，其CO₂PR为CO的活性高达46.5 μmol g^–1h^–1，选择性接近100%。光谱和理论研究证实了Pd-SAs富集电子是通过金属-载体界面从相邻的Pd-TPs中捕获电子。并且，由于Pd_TP/Pd_SA-CN的金属d带中心下移和优化的中间体吸附状态，导致电子富集在Pd-SAs位点，从而优化了CO₂转化能垒。除了电子修饰剂的作用外，Pd-TPs还表现出增强的电荷分离/传输能力。并且，由于Pd-TPs具有“纳米加热器”的作用，Pd_TP/Pd_SA-CN光催化剂在光热催化方面具有潜在的应用前景。

这项工作提供了一种可行的方法，通过整合金属纳米粒子来调节相邻金属单原子位点的电子结构，从而促进光催化应用。

链接：https://www.eurekalert.org/news-releases/1036057

（红是一世手机版足球网 刘欢欢）