光催化将CO₂和H₂O转化为燃料和氧气是具有前景的实现碳中和路径。通常研究者将CO₂还原和H₂O分别进行研究，忽视了CO₂还原和H₂O氧化之间的协同作用。

有鉴于此，中国科学院化学所盛桦等创新性的将空间协同策略引入光催化，从而在原子尺度接近的位点同时进行CO₂还原和H₂O氧化，这种空间协同作用显著改善光催化还原CO₂和H₂O氧化。

本文要点

（1）

通过富含大量缺陷的ZnIn₂S₄担载单原子Cu催化剂，同时进行光催化还原CO₂和H₂O氧化，实现了112.5 μmol g^-1 h^-1的CO₂还原反应速率和52.3 μmol g^-1 h^-1的H₂O氧化速率。这个性能比含有大量缺陷的ZnIn₂S₄提高6倍。

（2）

通过对催化剂的结构表征，说明单原子Cu限域在缺陷位点，从而形成不饱和配位结构Cu-S₃，并且形成Cu_Zn′V_s^··V_Zn′′结构。这个结构能够打破O-H化学键，同时生成*COOH，因此显著的降低反应能垒。这项研究首次在CO₂还原和H₂O氧化反应中应用空间协同作用，有助于优化光催化体系。

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Wei Wang, Wanyi Zhang, Chaoyuan Deng, Hua Sheng, Jincai Zhao, Accelerated Photocatalytic Carbon Dioxide Reduction and Water Oxidation under Spatial Synergy, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202317969

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202317969