鑽石舞台

中國科學院生態環境研究中心王征課題組通過熔鹽輔助氮化法製備了高結晶度、低缺陷密度、粒徑均勻的立方狀CaTaO2N光催化劑，其中核殼結構的Ni-Ag雙組分助催化劑對界面的協同作用顯著提高了光催化還原CO2的活性。該研究為構建用於高效太陽能-化學能轉化的可見光驅動光催化劑提供了一條有效途徑。

化石能源的過度消耗導致全球面臨嚴重的環境污染和能源危機，特別是CO2過度排放導致的全球溫室效應，但CO2作為一種含碳小分子具有資源化利用的潛質。研究者在2018年提出的「液態陽光」概念在一定意義上能夠實現「零碳排放」。光催化技術能利用清潔無污染的太陽能將溫室氣體CO2轉化為高附加值的含碳化學品，是一種將能源轉化和環境污染控制相結合的可持續發展策略，為液態陽光概念的實現提供了一條可行性途徑。因此，構建用於高效電荷轉移和選擇性表面催化反應的光催化劑對於實現可見光驅動下CO2的還原至關重要。

氮氧化物作為一種極具發展潛力的新興功能材料，與傳統的金屬氧化物光催化劑相比具有更負的價帶能級，在500-750 nm的波長範圍內具有較寬的可見光吸收帶。氮氧化物在光催化水分解中已被廣泛報道，但在CO2轉化領域的研究很少。鈣鈦礦型CaTaO2N是一種可見光響應的窄帶隙光催化劑，其禁帶寬度跨越了CO2還原和H2O氧化的電位，然而CaTaO2N的結構缺陷會作為電子-空穴對的複合中心進而抑制光生載流子的分離和傳輸，並且窄帶隙光催化劑具有較低的驅動力來克服CO2的高活化能壘。

通過熔鹽輔助氮化法合成了粒徑均勻、低缺陷密度的高結晶度CaTaO2N光催化劑，通過SEM圖像探究熔鹽種類對晶體形貌和尺寸的影響，結果表明NaCl輔助氮化的CaTaO2N晶體具有更均勻的粒徑分布。XPS圖像（圖1c）顯示CTON (NaCl)光催化劑對充當光生載流子複合中心的Ta4+表現出最低的強度，原因是NaCl熔鹽的添加能夠顯著降低前驅體中金屬陽離子的重排和擴散勢壘從而抑制缺陷的形成。進一步探究了一系列氮化條件對CaTaO2N晶體結晶度、光學性質和性能的影響。

助催化劑作為光催化劑表面氧化還原反應的活性位點，決定了反應物分子的吸附和活化能力從而影響光催化反應的活性和選擇性。通過兩步修飾工藝構建的核殼結構Ni-Ag雙組分助催化劑對CaTaO2N進行改性，其中Ag納米顆粒能夠顯著抑制競爭性的H2釋放，助催化劑與CaTaO2N顆粒間緊密的界面接觸及雙組分助催化劑的協同作用有利於光生電荷載流子的快速傳輸，在可見光照射下實現光催化CO2還原中CO產物的高選擇性。