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光催化CO₂转化是一种将太阳能存储在化学键的理想方法和过程，但是光催化CO₂转化反应面临着缓慢的电子动力学和产物选择性问题。

有鉴于此，黑龙江大学井立强（Liqiang Jing）、白林鹭（Linlu Bai）、伦敦大学学院唐军旺（Tang Junwang）等将离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[emim][BF₄]）和硼酸钴担载于超薄C₃N₄纳米片表面作为光催化剂。

本文要点

要点1. CO₂和H₂O通过UV-Vis光催化生成CO和CH₄，这种修饰后的C₃N₄光催化剂的催化活性比未修饰的C₃N₄提高42倍，CO₂还原反应选择性达到100 %。

要点2. 通过实验和理论计算，说明离子液体能够提取光生电子，改善CO₂的光催化还原；Co单原子捕获空穴，催化水分子氧化。通过原位瞬态光谱表征测试，发现因为离子液体和Co单原子之间的结合作用，CO₂光化学还原反应的最大电子转移效率达到35.3 %。在光催化CO₂还原反应过程中，发现电子转移速率和离子液体担载量之间呈线性变化。

这项工作通过将离子液体[emim][BF₄]和单原子Co分别修饰在超薄的CN纳米片上，构筑了空间相互分离的氧化反应、还原反应区域，实现了高效率的将CO₂转化为具有价值的化学品提供一种简单可靠的方法。

Yang Liu, Jianhui Sun, Houhou Huang, Linlu Bai, Xiaomeng Zhao, Binhong Qu, Lunqiao Xiong, Fuquan Bai, Junwang Tang & Liqiang Jing, Improving CO₂ photoconversion with ionic liquid and Co single atoms. Nat Commun 14, 1457 (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-36980-5

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36980-5

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