研究内容金属原子位点的体积密度对光合纳米反应器的运行效率起决定性作用，但其合理设计和合成仍然是一个巨大的挑战。北京大学郭少军报道了一种壳层调节方法，可提高Co原子位点在多壳层Zn x Cd 1-x S上/中的体积密度，从而大大提高CO 2 光还原活性。结果显示，三壳Zn x Cd 1-x S-Co 1 实现了7629.7 μmol g -1 h -1 的最高CO产率，优于双壳Zn x Cd 1-x S-Co 1 (5882.2 μmol g -1 h -1 )和单壳Zn x Cd 1-x S-Co 1 。相关工作以“High-Volumetric Density Atomic Cobalt on Multishell ZnxCd1-xS Boosts Photocatalytic CO2Reduction”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。研究要点要点1.作者报道了一种可扩展且简单的硫化/蚀刻方法，用于将单原子Co合成到具有可调壳层数的多壳层Zn x Cd 1-x S(Zn x Cd 1-x S-Co 1 )上，以调节原子位点的体积密度，从而大大提高CO 2 光还原性能。要点2.作者首先建立了多层Zn x Cd 1-x S上壳层数量、比表面积和原子位点体积密度之间的定量关系，通过实验数据表征得出了光合性能与壳层数量之间的正关系。结果显示，在具有不同壳层的Zn x Cd 1-x S-Co 1 中，三壳层(TS)-Zn x Cd 1-x S-Co 1 表现出最高的CO产率，为7629.7 μmol g -1 h -1，分别比双壳层(DS)-Zn x Cd 1-x S-Co 1 和单壳(SS)-Zn x Cd 1-x S-Co 1 分别提高了1747.5和2905.5 μmol g -1 h -1 ，这是迄今为止报道的最有效的CO2光催化系统之一。要点3.密度泛函理论(DFT)计算表明，高密度的Co原子位点可以促进光生电子的迁移率，并增强Co(bpy) 3 2+ 的吸附，从而通过S-CO-bpy相互作用增加CO 2 的活化(CO 2 →CO 2 *→COOH*→CO*→CO)，从而提高光催化CO 2 还原的效率。研究图文图1. （a）TS-Cu 2-x S的合成示意图。SS-Cu 2-x S、DS-Cu 2-x S和TS-Cu 2-x S的（b、d、f）TEM和（c、e、g、h）HAADF-STEM和元素图像 (比例尺：500 nm)。（i）SS-Cu 2-x S、DS-Cu 2-x S和TS-Cu 2-x S的N 2 吸附-解吸等温线。图2. TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 的（a）TEM，（b）元素图谱(比例尺：200 nm)以及（c）AC HAADF-STEM。（d）SS/DS/TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 的XRD。SS/DS/TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 、Co箔、CoS 2 和CoO的（e）Co K-edge XANES和（f）FT-EXAFS。（g）TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 的EXAFS拟合分析。（h）TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 和钴箔的小波变换。图3. TS-Zn x Cd 1-x S和SS/DS/TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 的（a）光电流响应和（b）EIS Nyquist图。（c）Zn x Cd 1-x S和Zn x Cd 1-x S-Co 1 的电子能带结构。（d）Zn 0.5 Cd 0.5 S和（e）Zn 0.5 Cd 0.5 S-Co 1 的电子能带结构(左)和态密度(右)。（f）Zn 0.5 Cd 0.5 S和（g）Zn 0.5 Cd 0.5 S-Co 1 的功函数。（h）Zn 0.5 Cd 0.5 S-Co 1 的电荷密度差异分析。图4.（a）TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 光催化CO 2 还原系统示意图。（b）各种催化剂上的CO 2 光还原活性。（c）[CO(bpy) 3 ] 2+ 作为助催化剂，各种催化剂的CO 2 与CO光还原活性的比较。（d） 13 CO 2 同位素实验产生的CO的GC-MS。（e）TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 在七个循环内的可回收性。图5.（a）TS-Zn x Cd 1-x S-Co 1 /Co(bpy) 3 2+ 光催化活化CO 2 的原位FT-IR光谱。（b）具有相应几何结构的Zn 0.5 Cd 0.5 S-Co 1 /CO(bpy) 3 2+ 上CO 2 光催化转化为CO的吉布斯自由能。Co(bpy) 3 2+ 在（c）Zn 0.5 Cd 0.5 S-Co 1 和（d）Zn 0.5 Cd 0.5 S上的吸附能和电荷密度差异分析。黄色、S；灰色，Zn；品红色、Cd；紫色，Co；深蓝色，N；棕色，C；红色，O；白色，H和浅绿色，Cl。文献详情High-Volumetric Density Atomic Cobalt on Multishell Zn x Cd 1-x S Boosts Photocatalytic CO 2 ReductionRuijin Zeng, Tongyu Liu, Minghao Qiu, Hao Tan, Yu Gu, Na Ye, Zhaoqi Dong, Lu Li, Fangxu Lin, Qiang Sun, Qinghua Zhang, Lin Gu, Mingchuan Luo, Dianping Tang, Shaojun Guo*J. Am. Chem. Soc.DOI : https://doi.org/10.1021/jacs.3c13827版权声明：「崛步化学」旨在分享学习交流化学、材料等领域的最新资讯及研究进展。编辑水平有限，上述仅代表个人观点。投稿，荐稿或合作请后台联系编辑。感谢各位关注！