日益加剧的化石燃料消耗正进一步恶化全球能源危机，并破坏自然界的碳平衡。利用光催化技术将CO₂转化为燃料或高附加值化学品，为应对上述挑战提供了一种富有前景的策略。其中，单原子催化剂因其高原子利用率、明确的活性位点，以及在原子尺度上揭示本征催化机理的独特优势，受到了广泛关注。研究表明，催化性能高度依赖于活性位点的局部微环境及其电子结构。然而，目前微环境调控策略多集中于对配位壳层（如一、二或更远配位层）进行修饰，或调控氢键、局域电场等微环境因素，催化位点的取向这一关键微环境因素迄今尚未得到系统研究。

针对上述问题，我校数理学院博士生谢汶珂在刘煊赫教授、吴静教授、材料科学与工程学院黄洪伟教授的指导下，通过静电自组装和氢键作用策略，成功实现了VOPc在C₃N₄基底的“O-up”和“O-down”构型的精准调控，从而有效调控了界面电荷转移动力学与V催化中心的电子结构。主要创新点如下：

1. 以 VOPc 催化中心V=O基团的取向为 “分子开关”，实现了其电子结构和催化性能的精准调控。

2. VOPc/OH-C₃N₄（“O-down”构型）的 CO 产率达 65.22 μmol·g^-1·h^-1，是 VOPc/C₃N₄（“O-up”构型）的 7.5 倍。

3. 研究表明，“O-down”构型使 V 的 d 带中心上移，*COOH 吸附增强，*CO₂  → *COOH反应能垒降低，并实现了电荷的快速分离。

图1. VOPc/OH-C₃N₄的制备过程示意图、XRD、TEM、HAADF-STEM和EDS图

图2. VOPc的表面静电势，C₃N₄和OH-C₃N₄在去离子水中的Zeta电位，催化剂的XPS、FTIR、O和V的同步辐射数据分析

图3. 催化剂UV–vis DRS 光谱、fs-TAS 光谱和原位KPFM数据分析

图4. 催化剂的光催化还原CO₂性能

图5. 催化剂的原位DRIFTS和DFT计算数据分析

上述研究成果发表于国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》上：Wenke Xie, Mengmeng Ce, Tianyou Chen, Xuan-He Liu *, Huijuan Yan, Xing Zhang*, Jing Wu*, Hongwei Huang*. Reversing V═O Orientation of Vanadyl Phthalocyanine as "Molecular Switch" on Carbon Nitride Boosts CO₂ Photoreduction, Angewandte Chemie International Edition, 2026, e23201.

全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202523201