Nano Research Energy发表我课题组“氮化碳锚定铜单原子催化剂在光催化，电催化及光电催化二氧化碳还原反应中的最新研究进展”综述
近日，新晋能源期刊Nano Research Energy (https://www.sciopen.com/journal/2790-8119) 发表我课题组最新综述“Copper as a single metal atom based photo-, electro- and photoelectrochemical catalyst decorated on carbon nitride surface for efficient CO2 reduction: A review”并被选为封底文章。
随着世界人口的增加和工业化进程的加快，石油、煤炭等化石燃料的消耗量显著增加，导致大气中的二氧化碳含量骤增，引发了温室效应、海平面上升等一系列气候问题。因此，研究人员分别从热催化、生物化学、光催化、电催化等方面出发，发展高效的二氧化碳转化技术。其中，热催化二氧化碳加氢反应需要高温、高压等反应条件；生物化学的酶催化方法则存在成本高、转化率低、反应费时等弊端；光催化能够利用清洁无污染的可再生能源太阳能，促进催化剂光生电子与空穴的分离，可有效驱动二氧化碳还原为碳氢燃料，然而电流效率过低；在常温常压下，电催化可通过调整电解质、温度、氧化电位和pH等条件，将二氧化碳持续转化为低碳能源，但该反应仍存在稳定性差、单一产物法拉第效率低等不足。于是，研究人员将光催化和电催化二氧化碳还原的优势相耦合，一方面利用光照激发产生光生电子，另一方面利用外加电场，可实现在较低电位下，实现多电子、质子的传导，提高载流子的分离效率，从而进一步提升二氧化碳转化效率。
在各种半导体光材料中，氮化碳系列的催化剂是一类无毒、结构稳定、且表现优异的二氧化碳还原性能的无机非金属材料。在各种氮化碳材料中，C3N4由于光生电荷载流子的重合率最低而表现出最佳的光催化效率。然而，纯C3N4的导电性较差，在电催化性能中析氢严重。因此，需要通过添加辅助催化剂以促进电荷转移，提高对二氧化碳的吸附转化能力。铜是唯一一种能将二氧化碳转化为C1、C2产物的金属催化剂，尤其铜单原子催化剂能够提供更多的活性位点，进一步激发还原二氧化碳的内在活性。基于此，本文总结了近五年来氮化碳锚定铜单原子催化剂在光催化、电催化以及光电催化二氧化碳还原反应中的重要进展，并着重介绍了氮化碳锚定铜单原子催化剂的结构特点及相关表征方法；系统性阐述了光、电、光电催化二氧化碳还原机理及反应途径。最后总结了现阶段氮化碳锚定铜单原子催化剂在光、电、光电还原二氧化碳反应中的存在的挑战及展望，讨论了未来实现工业化生产的可能性。该综述为光、电及光电二氧化碳还原领域的科学研究提供了借鉴。
该工作得到了上海市科学技术委员会科技创新行动计划基础研究领域重点项目(19JC1410500)，中央高校学科交叉重点计划项目(2232018A3‐06)和国家自然科学基金重大计划(培育)项目等资助(91645110)。
同时，该文章被科学网以大篇幅报道（https://news.sciencenet.cn/htmlpaper/2022/7/20227209195270874361.shtm）
论文的第一作者为博士生李露露和留学生Israr Masood ul Hasan共同担任。
相关论文链接为：https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120015