贵州大学化学与化工学院陈鹏课题组杨仕莲同学针对碳材料光催化剂电荷分布均匀，可见光吸收窄，活性位点少等关键科学问题，创新性的提出链调控催化剂策略，包含以下三个体系：
其一：通过蜜勒胺与甲醛的聚合，将两亲性碳和C-O-C链嵌入氮化碳骨架中。显著提高了光生载流子的迁移、活性物质(超氧自由基、单线态氧)的生成以及反应物的表面相互作用能力。一方面，两亲性碳和C-O-C链嵌入氮化碳不仅在氧化硫化物为亚砜方面具有优越的光催化活性，并具有优异的产氢性能；另一方面，该链结构有助于载流子迁移和表面反应。该成果发表于学术期刊Journal of Materials Chemistry A（IF：12.732），题为“Linkage engineering mediated carriers transfer and surface reaction over carbon nitride for enhanced photocatalytic activity”并选为封面文章(Outside Front Cover)，并被RSC中国进行亮点推送。论文链接：https://doi.org/10.1039/D1TA03813C
图1 两亲性碳和C-O-C链结氮化碳反应机理图
其二：在PDI聚合物中引入极性桥克服阻碍电子传输的库仑力，嵌入的极性桥构建了强内建电场，加速了光生载流子的分离和激子分解，提高了催化剂的光催化活。一方面：BOPDI在纯水和不使用任何助催化剂的情况下有极好的NH3生成速率；另一方面：这项工作不仅为增强D/A单元的电子传输提供了策略，而且拓展了PDI复合材料在光催化还原氮中的应用研究。该成果发表于学术期刊Chemical Engineering Journal（IF：13.273），题为“Bridges engineering manipulated exciton dissociation and charge separation in small acceptors of PDI supramolecular for boosting photocatalytic nitrogen fixation”。 该成果被科学材料站、今日论文、化学与材料科学公众号争相报道。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136084
图2 极性桥嵌入PDI的固氮反应机理图
其三：我们使用一种简单的共聚方法引入C-N和N-C-O单元连接终端melem单元（PCON），来构建定向电子传递通道。一方面：优化后的PCON具有良好的光催化固氮率, 在不使用助催化剂的情况下，纯水中的近红外产率是纯C3N4的11倍。另一方面：链连接工程将为促进光催化N2固定反应开辟新的研究方向。该成果发表于学术期刊Applied Catalysis B: Environmental（IF：19.503），题为“Linker functionalized poly(heptazine imide) as charge channel and activation site for enhancing photocatalytic nitrogen fixation in pure water”。论文链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0926-3373(22)00311-3
图3 C-N和N-C-O链结氮化碳反应机理图
贵州大学大学化学与化工学院为上述论文的第一作者和第一通讯作者单位。这些工作得到了贵州大学、贵州省教育厅和贵州省科技厅相关基金的资助。