太陽能驅動的CO₂甲烷化是同時解決碳中和和生產燃料的重要途徑。然而，由于競爭性析氫反應(HER)的存在，在CO₂甲烷化中實現高選擇性仍具有挑戰性。因此，合理設計用于選擇性光催化CO₂甲烷化的催化劑至關重要。

基于此，中國科學技術大學熊宇杰、中科院大氣物理研究所曹軍驥和中科院地球環境研究所黃宇等將聚合氮化碳(CN)與單個Pt原子相結合，用于光催化高選擇性CO₂甲烷化。

研究人員通過引入單個Pt原子到CN的缺陷位置，并產生-OH基團，成功地設計了一種光催化CO₂甲烷化催化劑。該光催化劑在純水體系中表現出較高的光催化CO₂還原活性(甲烷產率：6.3 μmol g^-1 h^-1)，并且由于-OH基團的存在，大量的CO₂在催化劑表面富集。Pt位點用于CO₂的吸附和活化，鄰近的羥基使H原子優先在CN上形成，克服了Pt-CN在光催化CO₂還原中存在的局限性。

原位傅里葉變換紅外(FTIR)光譜和密度泛函理論(DFT)計算表明，Pt位點的局域電子選擇性地激活了吸附的CO₂，進而與CN上的光生空穴與水反應產生的*H結合形成C-H鍵。同時，*CO反應中間體與Pt位點的結合明顯加強，避免了CO副產物的形成，這種催化劑設計使得在純水體系中甲烷的生產具有較高的碳基選擇性(99%)。

綜上所述，該項工作的實驗表征和理論計算已經證明了單個Pt位點、CN缺陷和-OH基團協同作用的機制，為設計在原子尺度上的光催化劑來調整多電子CO₂光還原過程中的反應途徑提供了指導。

Highly Selective Photocatalytic CO₂ Methanation with Water Vapor on Single-Atom Platinum-Decorated Defective Carbon Nitride. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202203063