单原子光催化剂（SAPCs）的构型调控对界面电荷转移和后续催化过程有重要影响。传统的水相CO₂还原SAPC的构建主要致力于CO₂的有利活化和光还原，而水的作用往往被忽视。

近日，黑龙江大学付宏刚教授，井立强教授，白林鹭报道了通过一种简单的离子交换方法，利用硼氧物种成功地将Ni单原子锚定在g-C₃N₄纳米薄片上。

文章要点

1）研究人员首先以尿素为原料热解合成了纯CN纳米片，其固体产物用硝酸溶液进行后处理剥离，得到超薄的CN纳米片（简称CN）。接下来，将生成的CN浸泡在所需浓度的硼酸水溶液中，以实现充分的相互作用。然后将液体混合物转移到铁氟龙中进行120 °C的水热处理，得到硼氧物种改性的CN（OB-CN）样品。随后，将NiNO₃溶液滴加到OB-CN水悬浮液中，逐步蒸发，最终得到Ni修饰的 OB-CN（Ni-OB-CN）光催化剂。

2）研究发现，B原子和g-C₃N₄的sp² N原子之间的配位作用保证了硼氧物种的高度分散性，其中O原子与单一的Ni(II)中心配位具有独特的六氧配位构型。

3）优化后的单原子Ni光催化剂性能可与Pt修饰的g-C₃N₄纳米片相媲美，CO和CH₄为产物，实现了出色的CO2还原速率。

4）准原位X射线光电子能谱、瞬态吸收光谱、同位素标记和原位傅立叶变换红外光谱表明，所制备的六个含氧配位的单一Ni(II)中心能够有效地捕获CN沿B-O桥的光电子，并优先激活吸附水产生H原子，最终诱导氢辅助CO₂还原。

这项工作丰富了单原子催化剂的合成策略，并为单原子构型与反应途径之间的关系提供了新的见解。

参考文献

Yuying Wang, et al, Construction of Six-Oxygen-Coordinated Single Ni Sites on g-C3N₄ with Boron-Oxo Species for Photocatalytic Water-Activation-Induced CO₂ Reduction, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202105482

https://doi.org/10.1002/adma.202105482