1. 文章信息（xī）

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

中（zhōng）文標題： 超薄共（gòng）價三嗪框架納米片上的突出形鈷單原子極化場實現高效（xiào）光催化二氧化碳還原的（de）研究  

頁碼： 2401619    

DOI： 10.1002/aenm.202401619

2. 文章（zhāng）鏈（liàn）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（yǐng）響因子：  27.8  

分區信息： 一區   

涉及研究方（fāng）向： 光催化CO2還原  

4. 作者信（xìn）息：第一（yī）作者是 馬誌學 。通訊作者為    Yuxi Xu       。

5. 正文中（zhōng）標記產品所在位（wèi）置截圖

6. 文章簡介：

研究背景：隨著全球氣候變化和能源（yuán）危機的日益嚴峻，尋找可持續的能源解（jiě）決方案變得尤為迫（pò）切。其中，利（lì）用太陽能將二氧化碳（CO₂）轉化為有用的化學品和燃料，尤其是（shì）一氧化碳（CO），因其在工（gōng）業應用中的廣泛用途而備受（shòu）關注。然而，CO₂分子的惰性以及其（qí）C═O鍵的高解離能（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（xué）家（jiā）們一直在探索各種半導體基光催化劑，以期提高CO₂轉化效率。近年來，晶體多（duō）孔有機材料因其光吸收範圍廣、結構規則性高、可設計性好以及對小分子的強吸（xī）附能力而成為光催化領（lǐng）域（yù）的一個有趣平台（tái）。特別是，通過堅固的芳香三嗪鍵合構建的晶體共價三嗪（qín）框架（CTFs），因其豐富的氮含量高孔隙度、二維共（gòng）軛結構和高結晶度，以及出色的化學和熱（rè）穩定性，而在光催化CO2還原（yuán）中顯示出巨大潛力。盡管如此，大多數現有的單原子光（guāng）催化劑（SAPs）由於金屬原子近平麵的配位結構和（hé）局（jú）部極化電（diàn）場弱，導致轉（zhuǎn）化效率不高。因此，設（shè）計具有高極化場的新（xīn）型光催化劑，以增強光生電（diàn）荷的分離和CO₂的活化，成為了一個重要但尚未報道的挑戰。

近日，西湖大學徐宇曦課（kè）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（jì），該催化劑在超薄的共價三嗪（qín）框架納米片（CTF-NSs）中同時集成了突出形狀的Co單原（yuán）子和強大的極化場。實驗結果和理論模擬均（jun1）表明（míng），這種新型光催（cuī）化劑（Co₁/CTF-NSs）成功地觸發了巨大的局（jú）部極化場，誘導了方向性的電（diàn）荷遷移，並極大（dà）地促進了（le）光生載流子的分離（lí）。這種突出的（de）Co中心增強了CO₂的2p軌道（dào）與Co 3d軌（guǐ）道之間的重疊，從而（ér）促進了（le）CO₂的吸附。此外，突出的Co與CO₂之間的局（jú）部極化場驅（qū）動了大量電子從Co 3d注入到CO₂的反鍵軌（guǐ）道中，有效地激活和（hé）還（hái）原了CO₂分子。因此，合成的Co₁/CTF-NSs在可見光照射下展現出了顯著的CO產生速（sù）率（lǜ）（5391 μmol g⁻¹ h⁻¹）和高選擇性（97.3%），代表了（le）迄今（jīn）為止最（zuì）佳的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（hé）AFM證實了Co₁/CTF-NSs的形貌。

圖2 通過AC-HAADF-STEM，XPS光譜展示了Co單原子在Co1/CTF-NSs中的分散和化學（xué）狀態，XAFS分析揭示了Co原（yuán）子的確切原子結構和配位環境。

圖3 不同樣品在可見光照射下的光催（cuī）化（huà）CO₂還原性能，包括CO和H₂的產率（lǜ）、選擇性、AQY和TOF，以及Co₁/CTF-NSs的循（xún）環（huán）穩定性測試和同位素標記實（shí）驗結果。

圖（tú）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（guǒ）表明了突出的Co極化場加速（sù）了電荷分離和轉移速率。

圖5 通過理論計（jì）算，展示了Co₁/CTF-NSs中CO₂的吸（xī）附和活（huó）化過程，以及突出的Co極化場促進電（diàn）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譜（DRIFT）監測了光催化CO₂還原過程中的反應中間體，提出了Co₁/CTF-NSs上CO₂光還原的可能機製

結論：本研究成功開（kāi）發了一種新型的單原子光催化劑Co₁/CTF-NSs，通（tōng）過突出形狀的Co-N₂單原子位點和強大的極化場，實現了高（gāo）效的電子轉移（yí）和CO₂活化，從而在CO₂到CO的轉化中（zhōng）取（qǔ）得了卓越的光催化性能。這項工作不（bú）僅為光催化（huà）劑的（de）設計提供了重要（yào）的基礎見解，也為各（gè）種應用中的高（gāo）性能光催化劑的合理設計（jì）和製備提供了一般策略。