1. 文章信息

標題： Protruding-Shaped Co Polarization Field on Ultrathin Covalent Triazine Framework Nanosheets for Efficient CO2 Photoreduction  

中文標題： 超薄共價三嗪框架納米（mǐ）片（piàn）上的突出（chū）形鈷單（dān）原子極化場實現高效（xiào）光催化二氧化碳還原的研究  

頁碼： 2401619    

DOI： 10.1002/aenm.202401619

2. 文章鏈接

   https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202401619  

3. 期刊信息

期刊名：  Advanced Energy Materials

ISSN：  1614-6832

2021年（nián）影響因子（zǐ）：  27.8  

分區信息： 一區   

涉及研究方向： 光催化CO2還原  

4. 作者信息：第一作者是 馬誌學 。通訊（xùn）作（zuò）者為    Yuxi Xu       。

5. 正文中標記產品所（suǒ）在位置截圖

6. 文章簡介：

研究背景（jǐng）：隨著（zhe）全球氣候（hòu）變化和能源危機的日益嚴峻，尋找可持續的能源解決方案變得尤為（wéi）迫切。其中，利用太陽能將二氧化碳（CO2）轉化為有用的化學品和燃料，尤（yóu）其（qí）是一氧化碳（CO），因其在工業應用中的廣泛用途而備受關注。然而，CO2分子的惰（duò）性以及其C═O鍵（jiàn）的高解離（lí）能（806 kJ/mol），使得高效和選擇性的CO2轉化極具挑戰性。為了解決這一問題，科學家們一直在探索各種半導體基光催化（huà）劑，以期提高CO2轉化效率。近年來，晶體多孔有機材料因其光吸收範圍廣、結構規則性高（gāo）、可設計性好以及對小分子的強吸附能力而成為光催化領域的一個有趣平台。特別是（shì），通過（guò）堅（jiān）固的芳香三嗪鍵合構（gòu）建的晶體共價三嗪框架（CTFs），因其豐（fēng）富的氮（dàn）含量高孔隙度、二維共軛結構和高結晶度（dù），以及出色的化學和熱穩定性，而在（zài）光催化CO2還原（yuán）中顯（xiǎn）示出巨大潛力。盡管如（rú）此，大（dà）多數（shù）現有的單（dān）原子光催化劑（SAPs）由於金屬原子近平麵的配位結構（gòu）和（hé）局部（bù）極化（huà）電場弱，導致轉化（huà）效率（lǜ）不高。因此，設（shè）計具有（yǒu）高極化場的新型光催化劑，以增強光生電荷的分離和CO2的活化，成（chéng）為了一（yī）個重要但尚未報道的挑戰。

近日（rì），西湖大（dà）學徐宇曦課題組在Advanced Energy Materials上發表題為“Protruding-Shaped Co Polarization Field on Ultrathin Covalent Triazine Framework Nanosheets for Efficient CO2 Photoreduction”的研究論文，首次報道了一種新型的光催化劑，該催化劑在超薄的共價三嗪框（kuàng）架（jià）納米片（CTF-NSs）中同時集成了突（tū）出形狀的Co單原子和強大的極化場（chǎng）。實驗結果和理論模擬均表明，這種新型光（guāng）催化劑（Co1/CTF-NSs）成功地觸發了（le）巨大的局（jú）部（bù）極化場，誘導了方向性的電荷遷移，並極大地促（cù）進了（le）光生（shēng）載流子的分離。這種突出的Co中心增強了CO2的2p軌（guǐ）道與Co 3d軌道之間的重疊，從而促進了CO2的吸附。此外，突出的Co與CO2之間的局部極化場（chǎng）驅動了大量電子從Co 3d注入到CO2的反（fǎn）鍵軌道中，有效地激活和還原了CO2分子。因此，合成的Co1/CTF-NSs在（zài）可見光照射下展現出了（le）顯（xiǎn）著的CO產生速率（5391 μmol g−1 h−1）和高選擇性（97.3%），代表（biǎo）了（le）迄今為止最佳（jiā）的（de）分子框架光催化劑之一。

圖1 利用PXRD, 2D WAXS和FT-IR證實了Co1/CTF-NSs的晶體結構和化學組成。利用SEM, TEM, SAED, HRTEM和AFM證實（shí）了Co1/CTF-NSs的（de）形（xíng）貌。

圖2 通過（guò）AC-HAADF-STEM，XPS光譜展示了Co單原子在Co1/CTF-NSs中的分散和化學狀態，XAFS分析揭示了Co原子（zǐ）的確切（qiē）原子結構和配（pèi）位環（huán）境。

圖（tú）3 不（bú）同樣品在可（kě）見光照射（shè）下（xià）的光催化CO2還原性能，包括CO和（hé）H2的產率、選擇性、AQY和TOF，以及Co1/CTF-NSs的循環穩定性測試和同位（wèi）素標記實驗結果。

圖4  Co1/CTF-NSs的能帶結構、PDOS圖、表麵電勢圖像、fs-TA光譜和光電流曲線，這些結果表明了突（tū）出的（de）Co極化（huà）場加速了電荷分離和轉移速率。

圖5 通過理論計算，展示（shì）了（le）Co1/CTF-NSs中CO2的吸附（fù）和活化過程，以（yǐ）及突出的Co極化場促進電子從CTF-NSs轉移到吸附的CO2中間體。

圖6 利用原位漫反射紅外光（guāng）譜（DRIFT）監測（cè）了光催化CO2還原過程中的反應中間體，提出了Co1/CTF-NSs上CO2光（guāng）還原的可能機製

結（jié）論：本研究（jiū）成功開發了一種新型的單原子光催化劑Co1/CTF-NSs，通過突出形狀的Co-N2單原子位點和強（qiáng）大（dà）的極化場，實現了（le）高效的電子轉移和CO2活化，從而在CO2到CO的轉化中取（qǔ）得了卓越的光催化性能。這（zhè）項工作不僅為光催化劑的設計提供了（le）重要的（de）基礎見解，也為各種應用中的高性能光催化劑的合理設（shè）計和製（zhì）備提供了一般策略。