近日，国际权威期刊《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）在线发表了我院凌岚教授团队研究论文“Harmonizing Cyano-group and Na to Enhance Selective Photocatalytic O2 Activation on Carbon Nitride for Refractory Pollutant Degradation”。凌岚教授为该论文的唯一通讯作者，直博生徐铭楷为唯一第一作者，论文的合作作者包括我院的本科毕业生王瑞兆，博士毕业生傅浩洋以及上海交通大学的博士后石彦彪。
论文成果
激子路径能够通过能量转移将O2活化为非自由基。通常来说，非自由基具有较好的反应选择性，在有机合成中被大量应用，但其有限的氧化能力使其在环境治理过程中难以实现污染物的完全矿化。而载流子路径生成的活性自由基则具有较强的氧化能力，能够高效去除水体中的污染物。因此，提升分子氧活化的载流子路径选择性能够显著提升污染物的去除效率。
本研究提出了一种巧妙的改性策略，通过激子效应和光生载流子复合过程的同步调控显著提升了二维材料分子氧活化的载流子路径选择性。文章以石墨相碳氮（CN）作为研究模板，通过熔融盐处理在CN中同时引入氰基和Na制得碳氮改性材料（CN-Cy-Na）。研究发现，氰基的引入能够显著提升CN的局域电荷密度，通过吸引激子中的空穴促进激子的解离。解离后的空穴被氰基吸引，而电子则在氰基和Na协同增强的内建电场作用下进行快速迁移。Na的加入能够显著增加CN的电子阱效应，通过构建局域势能阱捕获快速迁移的电子用于后续的O2活化反应。此外，Na还能促进O2的吸附并提升催化剂和O2间的电荷传递。基于上述优势，CN-Cy-Na展现出了97.6%的自由基选择性，对抗生素、塑化剂、农药等污染物均具有良好的去除能力。
该论文对光生电子-空穴对的分离以及迁移过程进行了详细解析，着重强调了分子氧活化选择性在环境治理方面的意义，打破了一味追求活性氧物种产量提升的传统观念，为污染物控制提供了一种全新的思路。本研究工作得到了凌岚教授主持的国家自然科学优秀青年基金和国家自然科学基金面上项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2318787121
