CO₂光還原作為一種“人工光合作用”策略，是減少溫室效應和解決能源危機的有效途徑。催化位點的活性決定了催化劑對CO₂的吸附能力和活化能壘，這對光催化反應來說非常重要。單原子催化劑(SAC)具有原子分散的催化位點，以及可調節的表面局部電荷分布，因此具有孤立單原子位點的SACs (i-SAs)光催化領域引起了人們的廣泛關注。然而，在復雜的反應中，i-SA位點通常不能與反應物發生多鍵吸附。

最近，發現具有相鄰催化位點的SAC表現出雙原子協同催化效應，這是i-SA位點所不具備的。由于相鄰單原子的電子結構和幾何結構與i-SA相似，它們在保持i-SA催化選擇性的同時提供了更高的催化活性。雖然SACs在各種催化反應中表現出優異的催化活性，但即使在溫和的反應條件下，相鄰的SA也會形成納米團簇或納米顆粒，因此原子構型的調節仍然是一個挑戰。

近日，中國地質大學(北京)黃洪偉、陳芳和北京工業大學盧岳等以Bi₄Ti₃O₁₂ (BTO)鐵電單晶納米片為基底，引入電暈極化處理，合成了周期性一維(1D) SA陣列。具體而言，電暈極化在打破表面屏蔽場的同時改變了疇的方向，使得極化良好的BTO (BTOP)中的疇具有有序的帶電性質，通過靜電吸附將Au SAs錨定在疇上，這在一維SA陣列的合成中起著至關重要的作用。通過理論和實驗研究，研究人員揭示了這種SA構型在高效CO₂光還原中的關鍵作用和機理。

作為一個代表性的例子，一維Au SA陣列結構提供相鄰的Au位點，通過雙位點吸附增強CO₂吸附和活化，而不是吸附在Au i-SA單位點上。此外，錨定在BTO表面的一維Au SA陣列阻止了BTO去極化的逆轉和抑制，從而產生了更強的PEF，使光生電荷以最小的損失從體相快速轉移到表面催化位點。

因此，最優的BTOPAu光催化劑在4小時內的CO產量為34.1 μmol g^?1；經過12小時的光催化反應后，BTOPAu仍然保持較高的光催化活性，顯示出優異的穩定性。此外，在液-固體系統中，BTOPAu也顯示出最好的CO₂光還原為CO，4小時后CO產量達到57.77 μmol g^?1。

此外，通過電暈極化也能夠在BTO納米片上負載一維Pt、Ag、Fe、Co和Ni SA陣列，證明該方法是制備一維SA陣列的通用的策略，這使得合成和調控具有特殊構型的SCA成為可能。

One-dimensional single atom arrays on ferroelectric nanosheets for enhanced CO₂ photoreduction. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-023-44493-4