电子结构，特别是电荷态分析，在理解催化机理中起着至关重要的作用。

近日，云南大学Tianwei He以无金属碳氮化硼(BCN)纳米片为例，研究杂原子掺杂对二维(2D)无金属纳米材料边缘活性位点电荷状态的影响。

文章要点

1）观察结果表明，掺杂引起了边界P_y轨道在费米能级附近的位移，并伴随着其电荷态的改变。这些变化提供了对氮吸附描述符和关键加氢步骤的见解，最终导致竞争性电荷转移机制的提出。

2）研究人员还筛选了五种具有氮还原反应(NRR)性能的BCN型结构(P@T₁-C₁,S@T₁-B₁,O@T₁-B₁,P@T₁-B₁C₂和P@T₁-B₁C₃)。BCN结构(S@T₁-B₁)表现出最低的NRR过电位，达到-0.2 V，这与提出的电荷竞争机制有关。

3）研究人员进一步探讨了关键步骤加氢机理、构象关系的描述符和火山图。此外，所提出的掺杂策略使2D BCN对太阳光谱具有更高的灵敏度，表明其作为潜在光催化剂的应用前景。

总的来说，本研究为非金属原子掺杂BCN纳米片在氮还原应用中的发展奠定了坚实的基础，同时也为在二维光/电催化材料的更广泛背景下微调边缘位点活性提供了一个通用框架。

参考文献

Youchao Kong, et al, Nonmetal Atom Doping Induced Orbital Shifts and Charge Modulation at the Edge of Two-Dimensional Boron Carbonitride Leading to Enhanced Photocatalytic Nitrogen Reduction, J. Am. Chem. Soc., 2024

DOI：10.1021/jacs.3c12780

https://doi.org/10.1021/jacs.3c12780