摘要：传统的气相非均相表面受阻Lewis对催化剂主要涉及金属氧化物-氢氧化物 (MOH•••M)。改善工艺性能指标的一个途径是用更强的替代物取代Lewis碱MOH，一个有趣的例子是金属氮化物中的胺MNH2。

通过表面受阻Lewis对进行气相非均相催化CO2加氢反应以生产商品化学品和燃料是科学与技术兴趣日益关注的焦点。

传统的气相非均相表面受阻Lewis对催化剂主要涉及金属氧化物-氢氧化物 (MOH•••M)。改善工艺性能指标的一个途径是用更强的替代物取代Lewis碱MOH，一个有趣的例子是金属氮化物中的胺MNH2。

2024年12月5日，同济大学凌岚教授、加拿大多伦多大学Geoffrey A. Ozin院士在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Surface frustrated Lewis pairs in titanium nitride enable gas phase heterogeneous CO2 photocatalysis》的研究论文。邹云杰为论文第一作者，凌岚教授和Geoffrey A. Ozin院士为论文共同通讯作者。

凌岚，同济大学环境科学与工程学院教授，国家优青。1999年、2002年本硕毕业于福州大学；2006年在同济大学获得博士学位，随后留校工作。

研究方向为1. 环境纳米材料及其界面调控与污染物去除；2. 环境与能源催化及碳转化与削减；3. 污染物界面微观过程及多介质界面非经典行为；4. 生物合成纳米颗粒的行为及其可视化；5. 球差校正扫描透射电镜、原位、冷冻电镜在环境领域的应用。

她以第一/通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Environ. Sci. Technol.、Water Res.、Environ. Sci. Technol.Lett.、Adv.Mater.、App. Catal. B、《科学通报》等化学和环境领域重要国际期刊发表学术论文30余篇，其中10余篇入选环境和化学领域权威期刊Environ. Sci.Technol.、Environ. Sci.Technol. Lett.等封面文章。

在文中，作者建立了一个概念验证，当纳米级Pt溢出共催化剂集成时，可以在氮化钛（TiNxOy）中构建胺型光活性表面受阻Lewis对（MNH2•••M）。

这种由Ti-NH2作为Lewis碱和低价态Ti作为Lewis酸组成的表面受阻Lewis对促进了气相光辅助非均相逆水煤气变换反应。

该反应通过表面活性氨基甲酸酯中间体Ti-(H2N-COO)-Ti进行，其中Lewis酸性和Lewis碱性位点的协同作用赋予其优于单独TiNxOy以及传统负载Pt金属氧化物的性能指标。

图1：金属（氧）氮表面SFLP化学研究进展

图2：结构表征

图3：Pt/TiO2、TiNxOy和Pt/TiNxOy还原产物的质谱分析

图4：Ti-NH2•••Ti(L) SFLP的原位DRIFT测试和DFT计算

图5：光学和电子性能

图6：光热催化性能

图7：反应机理研究

图8：Pt/TiNxOy表面的整体SFLP化学

综上，该论文研究了在氮化钛（TiNxOy）构建的表面受阻Lewis对（SFLPs），通过与纳米级的铂（Pt）共催化剂结合，实现了气相光辅助非均相逆水煤气变换反应。研究结果表明，这种Ti-NH2•••Ti(L) SFLPs具有优异的CO2吸附和活化能力，能够显著提高光驱动的逆水煤气变换反应的性能。

该研究证明了金属(氧)氮化物SFLPs在光催化CO2转化中的潜力，这一发现不仅为设计新型光催化剂提供了新的思路，而且对于实现可持续的CO2转化和利用、减少温室气体排放具有重要意义。

未来这项研究可能会推动开发出更高效的CO2转化技术，为应对气候变化和能源危机提供解决方案；此外，该研究在可持续能源生产、工业应用、环境修复技术、催化材料设计等领域都具有应用潜力。

Zou, Y., Mao, C., Xu, M. et al. Surface frustrated Lewis pairs in titanium nitride enable gas phase heterogeneous CO2 photocatalysis. Nat. Commun., (2024).

来源：MS杨站长