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光催化水分解析氫是滿足日益增長的能源需求和解決環境問題的一條很有前景的途徑。但大多數光催化劑仍然存在固有的快速電荷複合和表面反應緩慢的問題，導致太陽能到氫轉化效率較差。因此，採用合適的共催化劑對於促進光催化析氫或析氧，進一步提高純水分解的整體效率是必不可少的。

近日，西安交通大學陳玉彬和凱斯西儲大學Clemens Burda等利用反應基團誘導策略，在紅磷(RP)上合成雙結構單原子Ni位點以用於高效光催化水分解。

在對紅磷的水熱處理過程中，形成了P-H和P-OH基團，隨後這些基團作為反應官能團產生了單原子P-Ni和P-O-Ni催化位點的雙結構。所產生的單原子位點具有兩種不同的功能：P-Ni用於水還原和P-O-Ni用於水氧化；這導致催化劑上的光生電子-空穴有效分離，進一步提升了光催化水分解活性。

受益於這種特定的雙結構，在可見光照射下，鎳-紅磷比鎳-納米碳化紅磷表現出更高的析氫速率：隨着反應溫度的提高，析氫速率進一步提高，在70°C下達到91.51 μmol h-1，在420 nm激發波長下的表觀量子效率為8.9%。

本研究不僅製備出了一種高效光催化劑，而且為設計先進的雙功能單原子催化劑提供了新的策略。此外，對其穩定性的深入分析可以為今後設計耐用的紅磷基光催化劑提供有用的指導。

Atomically Dispersed Janus Nickel Sites on Red Phosphorus for Photocatalytic Overall Water Splitting. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202204711

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慕瑾

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負載型金屬催化劑是一類重要的非均相催化劑，當金屬物質沉積在載體上或由載體修飾時，會自然形成二維(2D)金屬-載體界面，該界面可以有效地調節反應物、中間體或產物對界面不同化學成分的吸附行為，從而打破線性比例關係以提高催化性能。然而，在大多數情況下，具有緻密結構的氧化物載體沒有小分子可接近的孔隙率，因此催化活性位點必須限制在1D金屬/載體周邊的原子區域。在這種情況下，非常不利於設計優化使用貴金屬的負載型催化劑。

近日，廈門大學鄭南峰、傅鋼和中科院大連化物所楊帆等在PdCu合金上原位形成原子厚的微孔2D Cu2O覆蓋層，以實現催化加氫中活性、選擇性和穩定性同時提高。

在這項工作中，研究人員製備了高表面納米片(NSs)和具有原子厚微孔Cu2O覆蓋層的PdCu合金單晶表面，並將其用作模型催化劑，以揭示2D Cu2O/Pd催化界面的形成和其優異的催化性能。綜合研究表明，原子厚的2D Cu2O覆蓋層允許H2進入並接觸下面的PdCu合金，從而為2D Cu2O/Pd催化界面上發生的氫化提供活化的H物種。

此外，Cu2O覆蓋層下方的PdCu合金為增強催化加氫創造了有利的電子結構；更重要的是，末端炔烴與Cu2O覆蓋層的邊界或缺陷位點的反應將增強其在氫化過程中對H2還原的抑制。總的來說，通過對二維(2D)金屬-載體界面深入的了解有利於製備實用的催化劑，以實現在溫和條件下對多種炔烴的半氫化反應的活性、選擇性和穩定性方面具有顯着的提升。

Atomic Overlayer of Permeable Microporous Cuprous Oxide on Palladium Promotes Hydrogenation Catalysis. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-30327-2

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‍研究背景

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