化石燃料的過度燃燒導致二氧化碳(CO₂)的大量排放，這加劇了全球氣候變化。光催化CO₂還原是解決上述問題的有效途徑，它可以利用太陽能將CO₂轉化為有價值的化學燃料。然而，由于CO₂分子的化學惰性和C=O鍵的高離解能，使得CO₂光還原反應具有較低的反應效率和產物選擇性。

在過去的幾十年中，人們設計了許多合適的CO₂光還原催化劑，如金屬有機骨架、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬配合物、共價有機骨架等。然而，它們的光催化活性和CO₂還原選擇性還不夠理想，需要進一步改進才能達到實際應用的目標。

基于此，西安交通大學沈少華課題組通過對聚合氮化碳(PCN)氣凝膠進行“一體化“結構改性，有效提高了其光催化活性。具體而言，研究人員以聚合氮化碳(PCN)為前驅體，通過熔鹽和自組裝兩步法成功制備了具有(-CN)官能團的晶態(tài)氮化碳(CCN)自支撐氣凝膠。

值得注意的是，經過處理后CCN結晶度的增加提高了電荷轉移效率，同時三維多孔結構中的多光子反射增強了光吸收，顯著增強了反應物和產物在多孔結構中的傳質，協(xié)同提高了CO₂光還原活性。

實驗結果表明，所制備的CCN氣凝膠具有比PCN和CCN更高的CO₂還原活性，CO析出速率和CO選擇性分別為25.7 μmol g^?1 h^?1和93.8%，同時其活性超過大多數(shù)已報道的PCN基光催化劑。此外，原位光譜和密度泛函理論(DFT)計算表明，引入的帶電子的-CN基團可以作為CO₂還原的活性位點，從熱力學上降低COOH*生成的能壘，提高CO₂吸附量和親水性可以加速CO₂*的質子化，進而促進COOH*在CCN氣凝膠上的積累。

綜上，通過晶體結構、分子結構和形態(tài)結構的同時調控，該研究為設計高效、高選擇性地降低CO₂排放的新型自支撐光催化劑提供了“一體化“策略。

Cayanamide group functionalized crystalline carbon nitride aerogel for efficient CO₂ photoreduction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.20231263