使用光和H₂O光催化還原CO₂以合成CH₃OH是減輕碳排放和氣候變化的有效方法。盡管半導(dǎo)體金屬氧化物是該反應(yīng)常用的光催化劑，但低電荷分離效率和有毒金屬的浸出限制了它們的適用性。近日，美國(guó)懷俄明大學(xué)范茂宏、美國(guó)西北大學(xué)Harold H. Kung和南京理工大學(xué)鐘秦等報(bào)告了一種由石墨氮化碳(gC₃N₄, CN)與三聚氰胺-間苯二酚-甲醛(MRF)微球聚合物共價(jià)連接組成的無(wú)金屬核殼光催化劑，以實(shí)現(xiàn)高效光催化CO₂合成CH₃OH。

催化劑中的共價(jià)鍵能夠有效分離光生載流子并促進(jìn)高效光催化。在80 °C和0.5 MPa的反應(yīng)條件下，使用100 mg含有15 wt% CN的光催化劑，CH₃OH產(chǎn)率能夠達(dá)到0.99 μmol·h^-1，分別是其CN和MRF組分的20倍和10倍。此外，通過(guò)5次循環(huán)試驗(yàn)，催化劑的光活性沒(méi)有明顯變化，這表明催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

研究人員用X射線光電子能譜、透射電子顯微鏡以及體和表面元素分析對(duì)催化劑進(jìn)行表征，闡述了核殼結(jié)構(gòu)的形成以及在CN-MRF界面上的C-N鍵中的電荷轉(zhuǎn)移。這種增強(qiáng)的配體-配體電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致67%的光激發(fā)內(nèi)部電荷從CN轉(zhuǎn)移到MRF中的羥甲基氨基，其氨基是CO₂的催化位點(diǎn)(將CO₂光催化還原為CH₃OH)?？偟膩?lái)說(shuō)，本研究提供了一系列新的無(wú)金屬光催化劑設(shè)計(jì)策略，并深入了解了分子水平結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的光催化反應(yīng)。

Core-Shell Covalently Linked Graphitic Carbon Nitride-Melamine-Resorcinol-Formaldehyde Microsphere Polymers for Efficient Photocatalytic CO₂ Reduction to Methanol. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.1c13301