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太陽能驅動的光催化CO2還原反應由於其不僅能實現從太陽能到化學能的轉化產生具有高附加值的化學物質，豐富了能源供應，同時也能減少CO2排放，因此受到廣泛關注。然而，用於CO2還原的光催化劑的納米材料整體光催化性能仍不盡如人意。近年來，金屬單原子催化劑具有最大的原子利用率和均一的活性位點，其在諸多重要的催化反應中表現出優異的性能，這也為探索光催化CO2還原反應新材料提供給了一定的研究基礎。稀土元素（REEs）由於其獨特的電學、光學等性質而被應用於許多重要的科學研究和工業製造等領域。將稀土金屬納米材料降低到單原子尺度，為開發高效光催化CO2還原催化劑提供全新的機遇。迄今為止合成和報道的稀土金屬單原子催化劑很少。
圖1. 稀土Er單原子用於光催化CO2還原反應
最近，清華大學王定勝（點擊查看介紹）課題組與黑龍江大學王國鳳（點擊查看介紹）課題組合作發展了一種新穎的原子限域配位策略，在氮化碳納米管上成功地製備出稀土Er單原子催化劑。該合成策略不僅可以實現對單原子Er濃度的調控，同時作者還將該策略拓展到其它稀土單原子催化劑的合成，從而豐富了單原子催化劑的元素類型。此外，作者首次將單原子Er催化劑應用在光催化CO2還原反應中，通過實驗與理論相結合，證實了單原子Er在光催化CO2還原反應中的關鍵作用。這項工作對稀土單原子催化的科學認識和實際應用具有一定的推動作用，也為提高催化反應性能提供了一種新的途徑。上述相關成果在線發表於Angew. Chem. Int. Ed.。
圖2.稀土Er單原子的合成和電鏡表徵
Rare-earth single erbium atoms for enhanced photocatalytic CO2 reduction reaction
Shufang Ji, Yang Qu, Tao Wang, Yuanjun Chen, Guofeng Wang*, Xue Li, Juncai Dong, QiuYu Chen, Wanying Zhang, Zedong Zhang, Shiyou Liang, Rong Yu, Yu Wang, Dingsheng Wang*, Yadong Li
Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202003623
導師介紹
王定勝，1982年出生。2004年於中國科學技術大學化學物理系獲理學學士學位。2009年於清華大學化學系獲理學博士學位。2009至2012年在清華大學物理系從事博士後研究。2012年7月加入清華大學化學系，被聘為講師，2012年12月，晉升為副教授。2015年獲博士生導師資格。2012年獲全國優秀博士學位論文獎。2013年獲國家優秀青年科學基金。2018年獲青年拔尖人才計劃。課題組一直致力於無機納米材料化學研究領域，以無機納米合成化學為基礎，主要從事金屬納米晶、團簇及單原子為主的無機功能納米材料的合成、結構調控與催化性能研究。已經在國際知名學術期刊發表學術論文90餘篇，包括Nature Chem. 1篇、Nature Nanotech. 1篇、Nature Commun. 6篇、J. Am. Chem. Soc. 10篇、Angew. Chem. Int. Ed. 10篇、Adv. Mater. 9篇等國際知名期刊。
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