钟秦/范茂宏等JACS: 无金属核壳光催化剂，高效光催化CO2还原为甲醇

使用光和H₂O光催化还原CO₂以合成CH₃OH是减轻碳排放和气候变化的有效方法。尽管半导体金属氧化物是该反应常用的光催化剂，但低电荷分离效率和有毒金属的浸出限制了它们的适用性。近日，美国怀俄明大学范茂宏、美国西北大学Harold H. Kung和南京理工大学钟秦等报告了一种由石墨氮化碳(gC₃N₄, CN)与三聚氰胺-间苯二酚-甲醛(MRF)微球聚合物共价连接组成的无金属核壳光催化剂，以实现高效光催化CO₂合成CH₃OH。

催化剂中的共价键能够有效分离光生载流子并促进高效光催化。在80 °C和0.5 MPa的反应条件下，使用100 mg含有15 wt% CN的光催化剂，CH₃OH产率能够达到0.99 μmol·h^-1，分别是其CN和MRF组分的20倍和10倍。此外，通过5次循环试验，催化剂的光活性没有明显变化，这表明催化剂具有优异的稳定性。

研究人员用X射线光电子能谱、透射电子显微镜以及体和表面元素分析对催化剂进行表征，阐述了核壳结构的形成以及在CN-MRF界面上的C-N键中的电荷转移。这种增强的配体-配体电荷转移导致67%的光激发内部电荷从CN转移到MRF中的羟甲基氨基，其氨基是CO₂的催化位点(将CO₂光催化还原为CH₃OH)。总的来说，本研究提供了一系列新的无金属光催化剂设计策略，并深入了解了分子水平结构介导的光催化反应。

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