近日，我院李俊副教授研究小组围绕 “环境污染物治理和二氧化碳转化利用” 这一主题，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Catal. B: Environ. （4篇）, Nano Res., Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater., J. Clean. Prod.等国际高水平期刊上发表系列论文，研究内容涉及CO₂转化利用、水体污染物综合治理、氢能源的开发等。

1、Angewandte Chemie Internatinal Edition：金属性MoO_2-x用于紫外、可见、近红外光催化低浓度CO₂还原活性位点的识别

研究小组在国际化学顶级期刊《Angewandte Chemie Internatinal Edition》（1区Top，IF= 16.823）上发表了题为“Identification of the Active Sites on Metallic MoO_2-x Nano-Sea-Urchin for Atmospheric CO₂ Photoreduction Under UV, Visible, and Near-Infrared Light Illumination”的研究论文。本文以金属性MoO₂光催化剂为研究对象，通过氧缺陷调控设计了一种具有不同表面活性位点的MoO_2-x催化剂，在近红外光照射下，具有不同活性位点的MoO_2-x催化剂对低浓度CO₂光催化还原显示了良好的活性和高的选择性。本研究表明通过光催化技术可以直接将低浓度甚至空气中的CO₂直接转化为增值化学品/燃料，也证明了缺陷调控有利于提高金属性光催化剂的CO₂光还原活性和选择性，为新型红外光选择性催化CO₂还原材料的设计提供了一种新思路。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213124

2、Journal of the American Chemical Society：表界面改性策略提升Bi₁₉Br₃S₂₇纳米线光催化CO₂还原活性

研究小组在国际化学顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》（中科院一区，影响因子16.383）上发表题为“Interfacial Engineering of Bi₁₉Br₃S₂₇Nanowires Promotes Metallic Photocatalytic CO₂ Reduction Activity under Near-Infrared Light Irradiation”的研究论文。本文通过引入了碱刻蚀策略对Bi₁₉Br₃S₂₇纳米线表界面进行了重构，获得表面具有双Br-S缺陷和氧掺杂的环境光催化材料V-Bi₁₉Br₃S₂₇。该材料展现出优异的近红外光响应性，并能将CO₂高选择性的催化还原为甲醇。团队进一步利用同步辐射Bi L₃近边X射线吸收光谱和瞬态吸收光谱，揭示了光催化材料优异性能背后的结构基础。这项研究基于独特的表界面工程策略，为开发高效的近红外光驱动CO₂还原环境催化材料，助力碳中和提供了新型催化材料的设计策略。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c01109

3、Applied Catalysis B: Environmental：揭示Co_0.5Zn_0.5O纳米片活化过硫酸盐产生单线态氧的途径和机制

研究小组在国际化学顶级期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（中科院一区，影响因子24.319）上发表了题为“Uncovering the pathway of peroxymonosulfate activation over Co_0.5Zn_0.5O nanosheets for singlet oxygen generation: Performance and membrane application“的研究论文。单线态氧对难降解污染物表现出优异的降解活性，并且在较宽的pH范围内和恶劣的环境中具有较强的抗性。提高单线态氧生成的选择性仍然是一个巨大的挑战。本文制备了一种超高效率的Co_0.5Zn_0.5O（CZO）氧化物固熔体纳米片，暴露出丰富的活性Co-Zn位点，选择性吸附过硫酸盐（PMS）的特定O位点，从而100%选择性地促进了单线态氧的生成。CZO/PMS体系中单线态氧是唯一的活性氧物种，对无机离子和pH值具有较强的适应性，处理后抗生素污染物的毒性显著降低。将CZO纳米片与膜技术相结合，实现了流动相有机废水的持续处理，10 h内去除率高达95%以上。本研究为高选择性单线态氧生成催化剂的开发提供了新的思路，对推动PMS活化在环境修复领域的实际应用具有重要意义。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337323000723

4、Applied Catalysis B: Environmental：范德华异质结确保活性氢的供应，实现有效的CO₂光还原

  研究小组在国际化学顶级期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（中科院一区，影响因子24.319）上发表题为“Black phosphorus/Bi₁₉Br₃S₂₇ van der Waals heterojunctions ensure the supply of activated hydrogen for effective CO₂ photoreduction”的研究论文。本文通过构建Black phosphorus /Bi₁₉Br₃S₂₇（BP/BBS）范德华异质结，该异质结有利于H*的产生，从而实现了有效的CO₂光还原。密度泛函理论计算结合实验研究证实电荷转移符合S方案机制，保证了光生载流子的有效分离以促进CO₂光还原反应。自由能分析显示BP/BBS异质结的形成将活性位点从BBS变为BP，从而降低了限速步骤（H*形成）的能量，确保了CO₂还原过程中活性氢的供应，极大地提高了光热催化CO₂还原效率。这项工作为光催化CO₂还原和其他光化学过程提供了一种产生H*的有效策略。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337322006683

5、Applied Catalysis B: Environmental：外延In₂O₃八面体-纳米线晶面结提升电荷分离用于光电催化水分解

研究小组在国际化学顶级期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（中科院一区，影响因子24.319）上发表题为“Boosting charge separation on epitaxial In₂O₃ octahedron-nanowire crystal facet-based homojunctions for robust photoelectrochemical water splitting”的研究论文。本研究通过调控不同生长阶段的化学气相沉积温度制备完全暴露{001}晶面方形In₂O₃纳米线和完全暴露{111}晶面In₂O₃八面体纳米颗粒构筑新型晶面基同质结可以有效解决上述问题。理论计算、开尔文原子力显微镜、空间分辨率表面光压谱和光至沉积实验均表明在不同晶面之间的势差可以驱动光生电子和空穴分别汇聚在In₂O₃八面体纳米颗粒表面和方形In₂O₃纳米线表面。由于分离尺度较大，可以显著提高了光生载流的分离效率。光电化学催化性能测试表明在热力学开启势处，新型晶面基于同质结的光电流密度高达1.42 mA/cm², 分别是纳米线和八面体的光电流的7.1和28.4倍。本研究提供一种提高光生载流子分离的新方法，有望把这一技术或概念扩展至光电探测器和太阳能电池等领域。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337322010128

6、Applied Catalysis B: Environmental：单原子铁催化剂双途径活化草酸：机理和膜应用

研究小组在国际化学顶级期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（中科院一区，影响因子24.319）上发表题为“Activation of oxalic acid via dual-pathway over single-atom Fe catalysts: mechanism and membrane application”的研究论文。草酸(OA)及其配体出现在自然界各种生物和非生物过程中。然而，OA及其配合物的光化学性质在环境净化方面的应用较少。本文报道了一种以g-C₃N₄为载体的Fe- N₄配位单原子催化剂(Fe-CN)，在可见光照射下通过[Fe^Ⅲ(C₂O₄₎]⁺的光解离和OA与光生h⁺反应的双途径活化OA，实现•CO₂^-的生成，从而实现Cr(VI)的超高效率去除。Fe- N₄的引入有利于形成[Fe^Ⅲ(C₂O₄)]⁺构型，形成催化剂到OA的电子转移通道，进一步降低生成•CO₂^-的能垒，进而有效促进C-C裂解生成•CO₂^-。同时，Fe单原子与N原子之间的强配位相互作用可以提高载流子的分离效率，进一步促进还原活性。在最佳条件下，Fe-CN的光催化动力学比原始CN提高5.1倍。纤维膜上附着的Fe-CN催化剂连续处理流动的Cr(VI)废水在10h内保持高于90%的还原效率，有望促进催化剂的实际应用。通过原位红外光谱和理论计算揭示了OA双途径活化的机理。本工作对应用OA及其配合物实现水体中有毒有害重金属的治理具有重要指导意义。

https://www.sciencedirect.com.remotexs.ntu.edu.sg/science/article/pii/S0926337322010098

7、Nano Research：静电自组装制备2D/2D CoWO₄/g-C₃N₄ p-n结用于高效光催化析氢

研究小组在中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《Nano Research》（中科院一区，影响因子10.269）上发表题为“Electrostatic self-assembly of 2D/2D CoWO₄/g-C₃N₄ p-n heterojunction for improved photocatalytic hydrogen evolution: Built-in electric field modulated charge separation and mechanism unveiling”的研究论文。本文采用静电自组装方法所制备的CoWO₄/CN（CWO/CN）纳米片异质结，所构建的二维/二维（2D/2D）p-n异质结具有丰富的异质界面、较高的电荷密度和快速的光生载流子分离效率。原位开尔文探针力显微镜（in-situ KPFM）和DFT计算分别从实验和理论上证实了光诱导载流子在界面的转移遵循Ⅱ型-异质结的电荷转移路径。飞秒瞬态吸收（TA）光谱，光电流，阻抗以及线性扫描伏安（LSV）曲线均表明CWO/CN p-n异质结有利于光生电子空穴对的分离。优化后的CWO/CN异质结在全光谱和可见光照射下的光催化产氢性能均得到明显提升。

https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-022-4329-z

8、Chemical Engineering Journal：BiSI纳米棒表面重构用于近红外光催化还原Cr(VI)

研究小组在化工领域顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一区，影响因子16.744）上发表题为“Surface reconstruction of BiSI nanorods for superb photocatalytic Cr(VI) reduction under near-infrared light irradiation”的研究论文。低光能光子激发的半导体光催化，是提高光催化效率的一个巨大挑战。本文通过表面重构策略设计了一种高效的近红外(NIR)光响应的富硫空位O-BiSI纳米棒。密度泛函理论(DFT)计算表明，氧(O)掺杂和硫空位(SVs)的协同作用促进了Cr(VI)的吸附，通过诱导邻近的O和SVs的明显电荷分布，加速了催化剂向吸附的Cr(VI)的电子转移。此外，表面重构促进了光生载流子的转移和分离，加氢速率控制步骤的能垒由-1.60 eV降低到-1.96 eV。优化后的O-BiSI纳米棒的Cr(VI)还原效率在可见光、近红外和模拟太阳光(AM 1.5G)光辐照下分别是纯BiSI的13.4倍、7.8倍和5.2倍。本项工作为表面重建策略提供了见解，并为铋硫系光催化剂净化环境的设计提供新思路。

https://sciencedirect.53yu.com/science/article/abs/pii/S138589472200657X

9、Journal of Hazardous Materials：硫掺杂增强AgFeO₂催化剂的电荷分离用于高效光催化U(VI)还原

研究小组在化工领域顶级期刊《Journal of Hazardous Materials》（中科院一区，影响因子14.224）上发表题为“Efficient charge separation in sulfur doped AgFeO₂ photocatalyst for enhanced photocatalytic U(VI) reduction: The role of doping and mechanism insights”的研究论文。光催化还原溶液中的U(VI)是解决放射性U污染的一种有效和有前途的技术。本文首先利用密度泛函理论(DFT)计算，优化并比较了铀与4种给定光催化剂的吸附构型，结果表明硫掺杂在U(VI)光还原过程中起主要作用，然后本文合成了一种可见光响应型高效硫掺杂AgFeO₂光催化剂(S掺杂AgFeO₂)，并将其用于水溶液中U(VI)的光催化还原。实验结果表明，S掺杂增强了AgFeO₂的U(VI)光还原活性是纯AgFeO₂的1.5倍。系列表征和理论计算结果表明，氧空位和S掺杂不仅促进了光生电子和空穴的分离，还提升了对U(VI)的吸附性能，进而提升了光催化U(VI)还原活性。S掺杂AgFeO₂光催化剂显示了较高的对U(VI)的吸附特性、快速的U(VI)光还原速率和优异的化学稳定性，有望用于含U(VI)废水的修复。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389422015278

10、Journal of Cleaner Production：FeWO₄/g-C₃N₄异质结光催化剂活化草酸用于有效同步去除水中有机和重金属污染物

研究小组在环境科学与生态学领域知名期刊《Journal of Cleaner Production》（中科院一区，影响因子11.072）上发表题为“Photochemical conversion of oxalic acid on heterojunction engineered FeWO₄/g-C₃N₄ photocatalyst for high-efficient synchronous removal of organic and heavy metal pollutants”的研究论文。有机和重金属污染物因其高毒性和强耐降解性受到广泛关注，铁基催化剂光催化活化草酸可以生成活性自由基，展现了较好的表面Fenton活性，在同步去除有机和重金属污染物方面具有很大的潜力。在此，作者报道了S型异质结FWO/CNS活化草酸，在协同去除罗丹明B（RhB）和Cr(Ⅵ)方面展现了较好的光催化性能。密度泛函（DFT）计算证明设计的S型异质结FWO/CNS可以在内建电场的驱动下促进光生载流子的分离。实验结果证实S型异质结FWO/CNS可以有效活化草酸，产生大量的活性自由基，对RhB和Cr(Ⅵ)的催化去除率分别是不加草酸时的5倍和4倍。这项工作阐述了草酸活化和催化剂之间的内在关系，启发设计高效的草酸-催化剂体系用于环境修复。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095965262202128X