王亮课题组ACS Nano：酰胺共价键工程：显著增强CN-CQD光催化CO2还原活性

光催化CO₂转化为增值产品是缓解能源危机和环境问题的有效手段之一。然而，目前大多数光催化剂低效的电荷分离效率和缓慢的界面反应动态学严重阻碍了光催化还原CO₂的效率。根据文献报道，构建异质结构光催化剂通过建立合适的能带结构和调控电子传输途径，有效地促进了电荷分离，从而提高了光催化性能。因此，将合适的助催化剂整合到CN中以形成异质结光催化剂提供了一种有效的方法来增强催化剂表面上的光生电荷转移。

近年来，量子点具有优异的光学和电子性质，包括优异的太阳光吸收性能和可调谐的荧光性能，其在光催化领域受到人们广泛关注。尤其是，CQDs在与CN形成异质结构时具有明显的优势，如可调的带隙、丰富的表面位置和高效的电子迁移。异质结的连接方式决定了材料界面的电荷转移速率，是影响光催化性能的关键速率控制步骤。以前的研究主要集中在非共价相互作用，而共价连接的CQDs-CN异质结的精确制备仍然是一个未被探索的领域，需要开发有效的策略来精确控制共价键的形成。

近日，上海大学王亮课题组采用简单的EDC/NHS辅助连接策略合成了酰胺键合的g-C₃N₄-dr-CQDs (CN-CQD)异质结光催化剂。与非共价π-π共轭的CN@CQD相比，通过酰胺键策略制备的CN-CQD显示出更好的界面性质，促进了载流子的有效迁移，从而提高了光量子利用率，并提供了更高的表面活性以产生更多的活性位点。

实验结果表明，CN-CQD表现出优异的光催化活性，CO和CH₄的析出速率分别为79.2和2.7 μmol g^-1 h^-1；重要的是，CN-CQD光催化剂还表现出良好的稳定性，即使连续测试12小时，依旧能保持优异的活性。

根据实验结果，研究人员提出了CN-CQD光催化CO₂还原为CO和CH₄的合理反应机理：CN和dr-CQDs在可见光辐照下都能产生光生电子和空穴，dr-CQDs的CB中的光生电子和CN的VB中的空穴分别转移到CN的CB和dr-CQDs的VB中，提高了电荷分离的效率。同时，酰胺键的引入使得CN和dr-CQD之间的界面形成了“欧姆接触”，从而产生了一个高速的电荷转移通道，这允许光生电荷在界面处自由移动，进一步加速了光生载流子的空间分离并有效地抑制重组。

总之，II型电荷转移机制和酰胺键通道的耦合促进了光生载流子的有效迁移和分离，从而提高了CN-CQD的光催化性能。

Amide Covalent Bonding Engineering in Heterojunction for Efficient Solar-Driven CO₂ Reduction. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c07411

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