为了调节二氧化碳（CO2）光还原过程中产物的选择性，从热力学角度设计CO2光还原过程，通过调节反应中间体的连接结构来改变反应途径已成为研究热点。近年来，通过范德华力连接的二维（2D）材料由于其独特的层间结构，在受限催化方面显示出巨大的潜力。然而，层间距狭窄和缺乏驱动力导致反应物难以进入内部活性位点，催化反应主要发生在异质结催化剂的表面。因此，构建具有范德华接触的二维异质结催化剂对于实现理想的CO2光还原产物分布可能是重要的。
近日，江南大学焦星辰课题组与中国科学技术大学谢毅院士合作设计了具有范德华接触的CoNi2S4–In2O3纳米片复合材料，来揭示层间微环境如何影响CO2光还原的产物选择性。在该研究中，研究人员首先通过合肥光源催化与表面科学线站的同步辐射紫外光电子能谱技术（SRUPS）（图1a、b），分别获得了CoNi2S4纳米片和In2O3纳米片的能带位置（图1c），证实光照激发后光生电子会自发的由In2O3纳米片迁移到CoNi2S4纳米片。为了准确获得复合催化剂在光照反应条件下光生电子的迁移方向，该团队随后借助合肥光源催化与表面科学线站的同步辐射光电子能谱技术（SRPES），通过光纤直接将氙灯光源引入照射至样品表面，分别测得在光照和黑暗条件下的Co 2p,Ni2p及In 3d谱图（图1d-f）。结果证实了光照条件下，In位点作为电子给体而Ni位点作为电子受体，表明了Ni-In双活性位点的成功构筑，这是成功调控CO2光还原路径的关键。本研究说明了合理设计方法的有效性，并以“Regulated Photocatalytic CO2-to-CH3OH Pathway by Synergetic Dual Active Sites of Interlayer”为题在线发表于国际著名学术期刊 Journal of the American Chemical Society上（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c09841）。
该成果得到了合肥光源（NSRL）宝贵机时的支持，也受到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等基金资助。
图1. （a）通过SRUPS测试二次电子截止边；（b）通过SRUPS测试价带边；
（c）CoNi2S4/In2O3能带位置；（d）黑暗与光照条件下的Co 2p谱图；
（e）黑暗与光照条件下的Ni 2p谱图；（f）黑暗与光照条件下的In 3d谱图。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c09841