近日，环境科学与工程学院凌岚教授研究团队在国际学术刊物《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了题为“Surface frustrated Lewis pairs in titanium nitride enable gas phase heterogeneous CO2 photocatalysis”的研究成果。

全球变暖问题在气候变化日渐极端化的今天受到了广泛关注。二氧化碳是一种典型温室气体，而光催化二氧化碳还原技术能够使用清洁能源太阳能将二氧化碳转化为其它高值产物，如甲烷，甲醇，一氧化碳等。但是，二氧化碳分子是非极性分子，化学稳定性较高，因此光催化二氧化碳还原过程中的一个关键科学问题是如何活化二氧化碳。表面受阻Lewis酸碱对型催化剂具有空间分离的Lewis酸和Lewis碱活性位点，可以分别活化二氧化碳分子中的氧原子和碳原子。传统用于二氧化碳还原的表面受阻Lewis酸碱对型催化剂的主要成分为金属氧化物-氢氧化物，其Lewis碱中心为羟基M-OH，这一位点的碱性较弱，难以高效活化二氧化碳。一个理论可行的催化剂改进策略是在金属氮化物表面构建碱性更强的氨基M-NH2作为Lewis碱位点，以替代金属氧化物中的M-OH位点。由于氨基中的氮原子电负性比羟基中的氧原子更高，其Lewis碱性也会更强，因而可能具有更好的二氧化碳活化能力。 

凌岚教授团队以氮化钛作为研究模板，深入探讨了氢溢流在氮化钛表面构建的一种胺类表面受阻Lewis酸碱对（MNH2•••M），以及其在二氧化碳还原中的作用。这一新型表面受阻Lewis酸碱对通过分离的Lewis酸碱中心活化二氧化碳至氨基甲酸酯中间体。本研究还构建了含表面受阻Lewis酸碱对的氮化钛模型，揭示了表面氨基和配位不饱和钛原子的协同系统如何高效活化和转化二氧化碳为一氧化碳。这一研究将表面受阻Lewis酸碱对的化学空间从传统的氧化物-氢氧化物结构拓展至金属氮化物-氮氧化物，为构建金属氮化物-氮氧化物基的新型表面受阻Lewis酸碱对催化剂提供了新的视角。

同济大学环境科学与工程学院直博生邹云杰为论文第一作者，多伦多大学和同济大学为共同通讯单位，多伦多大学Geoffrey A.Ozin教授和同济大学凌岚教授为论文共同通讯作者，同济大学为第一通讯单位。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54951-2