人工光合作用，即光驱动的CO₂转化为碳氢燃料，是同时克服全球变暖和能源供应问题的一个有前途的策略。

近日，南京大学周勇教授，中科大熊宇杰教授报道了通过简单的探针超声剥离相应的大块晶体（简称BC），成功制备出厚度约0.70 nm的AgInP₂S₆单原子层（简称SAL）。然后通过H₂O₂溶液刻蚀工艺在得到的SAL中引入硫空位（V_S）缺陷（V_S-SAL），从而用于在水蒸气存在下的光催化CO₂还原。

文章要点

1）当BC和SAL用于光催化CO₂还原主要生成CO时，进行的缺陷工程改变了V_S-SAL上CO₂光还原的反应路径，使CO₂转化为C₂H₄，在415 nm波长下，产物选择性达到73%，电子选择性达到89%，量子产率为0.51%。

2）密度泛函理论（DFT）计算和原位FTIR光谱均表明，BC和SAL上CO生成的关键步骤是CO₂加氢生成*COOH，再通过质子/电子对耦合生成*CO。*CO很容易从低吸收能的无缺陷AgInP₂S₆表面释放出来，成为游离CO气体。相反，在AgInP₂S₆中引入V_S导致在V_S附近的Ag原子上的电荷积累。因此，V_S-SAL中暴露的Ag位可以有效地捕获生成的*CO，使催化剂表面富含关键的反应中间产物，从而促进C-C偶联生成具有低结合能势垒的C₂物种。

这项工作有望为设计用于CO₂还原的原子薄光催化剂框架提供新的见解，并为重申缺陷工程在调节催化活性和选择性方面的多功能性建立一个理想的平台。

参考文献

Gao, W., Li, S., He, H. et al. Vacancy-defect modulated pathway of photoreduction of CO₂ on single atomically thin AgInP₂S₆ sheets into olefiant gas. Nat Commun 12, 4747 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25068-7

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25068-7