單原子合金：優化電荷態、提升光催化 | NSR

2020-10-16 知社學術圈


光催化領域中，針對共催化劑的研究多種多樣，從顆粒性質、晶面性質，到它們與光催化劑的界面接觸、以及各種助催化劑之間的協同作用，不一而足。然而，對「共催化劑表面電荷調控」這一關鍵問題，卻鮮有研究。


近期，中國科學技術大學江海龍教授團隊設計併合成了具有優異催化性能的Pd10@Pt1/MOF複合催化材料，其中，共催化劑Pd10@Pt1處於單原子合金（SAA）態，且擁有最富電子的Pt表面電荷態。相關成果發表於《國家科學評論》（National Science Review, NSR）。


催化劑的合成策略和光催化示意圖

如上圖所示，研究者在光敏且經典的MOF（UiO-66-NH2）材料上，原位合成了核殼結構的雙金屬Pd@Pt納米顆粒（右下小圖中的①）。在精確控制下，該納米顆粒可以由核殼結構轉變為單原子合金（SAA）結構（右下小圖中的②）。隨著這一微結構轉變，Pt的配位環境隨之改變，引發Pd、Pt之間的電荷重新分配，從而使Pt的表面電荷態得以系統改變，提升催化性能。

經過系統性的結構優化，研究者發現具有SAA結構的Pd10@Pt1/MOF複合材料擁有最富電子的Pt表面電荷態，其光催化產氫活性遠遠超過相應對比組分。

這些結果表明了「優化活性位點電荷態」對促進光催化的重要性，同時也強調了SAA共催化劑在光催化中的優越性。這是首次基於SAA共催化劑的相關研究報導，為合成SAA結構催化劑提供了設計思路和精確的合成方法，也為基於SAA光催化的發展奠定了基礎。

同時，該工作在傳統肖特基結改善電荷分離的基礎上，提出了一種通過共催化劑微結構（特別是配位環境控制）調控來實現電荷分離的新策略，為高效光催化劑的理性調控提供了新思路。

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