使用光和H₂O光催化還原CO₂以合成CH₃OH是減輕碳排放和氣候變化的有效方法。盡管半導體金屬氧化物是該反應常用的光催化劑，但低電荷分離效率和有毒金屬的浸出限制了它們的適用性。近日，美國懷俄明大學范茂宏、美國西北大學Harold H. Kung和南京理工大學鐘秦等報告了一種由石墨氮化碳(gC₃N₄, CN)與三聚氰胺-間苯二酚-甲醛(MRF)微球聚合物共價連接組成的無金屬核殼光催化劑，以實現高效光催化CO₂合成CH₃OH。

催化劑中的共價鍵能夠有效分離光生載流子并促進高效光催化。在80 °C和0.5 MPa的反應條件下，使用100 mg含有15 wt% CN的光催化劑，CH₃OH產率能夠達到0.99 μmol·h^-1，分別是其CN和MRF組分的20倍和10倍。此外，通過5次循環試驗，催化劑的光活性沒有明顯變化，這表明催化劑具有優異的穩定性。

研究人員用X射線光電子能譜、透射電子顯微鏡以及體和表面元素分析對催化劑進行表征，闡述了核殼結構的形成以及在CN-MRF界面上的C-N鍵中的電荷轉移。這種增強的配體-配體電荷轉移導致67%的光激發內部電荷從CN轉移到MRF中的羥甲基氨基，其氨基是CO₂的催化位點(將CO₂光催化還原為CH₃OH)。總的來說，本研究提供了一系列新的無金屬光催化劑設計策略，并深入了解了分子水平結構介導的光催化反應。

Core-Shell Covalently Linked Graphitic Carbon Nitride-Melamine-Resorcinol-Formaldehyde Microsphere Polymers for Efficient Photocatalytic CO₂ Reduction to Methanol. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.1c13301