以CO2为原料，通过人工光合作用生产醇是提供可持续燃料的一条很有前途的途径。由于与缓慢的光反应相比，快速的电荷弛豫，和醇产物的氧化，其性能仍不能令人满意。在过去的几十年里，通过不同的途径，包括光电化学、助催化剂的优化和异质结光催化剂的开发，CO₂还原效率得到了明显提高。这些过程会使用昂贵且不可持续的牺牲试剂或大量的水作为电子/质子供体。后者包括光电子CO₂还原和光空穴水氧化，通常要面临快得多的电荷复合和析氢副反应的竞争。因此，将CO₂还原与纯水氧化相结合极具挑战性。

近日，伦敦大学学院唐军旺教授，帝国理工学院Robert Godin报道了展示了一种独特的策略，用水作为唯一的电子供体，通过改变氮化碳（CN）中的末端和连接基，并与接受空穴的碳点（CD）形成连接，来改善CO₂还原为甲醇的性能。

文章要点

1）瞬态吸收光谱（TAS）测定结果显示，将CN中的部分N原子替换为FAT中的O原子，光激发后俘获电子密度较低，空穴强度较高。

2）光谱研究还表明，CD可以在FAT上发生深陷阱之前，在亚微秒的时间尺度上从FAT中提取空穴，以保持空穴的反应性，增加有效电子的数量，从而有利于CO₂还原到甲醇的6电子还原反应。

3）实验结果显示，与Cd/CN相比，Cd/FAT表现出显著提高的可见光光催化CO₂和水转化为甲醇的性能。在420 nm处测得CD/FAT的IQY为5.9%，比报道的Cd/CN的IQY高近3倍。此外，研究还发现，光催化性能与CD的结晶度、负载量和pH有关。

这项工作不仅为碳循环闭合铺平了可持续的道路，而且激发了人们对聚合半导体的光物理理解和结构设计。

参考文献

Yiou Wang, et al, Efficient Hole Trapping in Carbon Dot/Oxygen-Modified Carbon Nitride Heterojunction Photocatalysts for Enhanced Methanol Production from CO₂ under Neutral Conditions, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202105570

https://doi.org/10.1002/anie.202105570