硫化镉表面台阶修饰的单原子作为电子泵增强光催化活性

　　通过光催化水分解技术制备清洁能源氢气，可以有效地实现光能向化学能的转化，对开发清洁能源及降低环境污染等具有重要研究意义。相比于传统的基于金属颗粒的助催化剂来讲，单原子催化体系的成功构建可以显著提高助催化剂的原子利用率，节约成本。然而随着金属粒子的尺寸减小，会导致团聚现象的发生，进而造成催化剂的失活。如何制备高效、稳定的具有光解水产氢活性的单原子催化剂是该领域的关键科学问题。中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室张健研究员领导的无机合成化学团队，对单原子铂进行了深入的研究，相关的研究成果发表在《Nano Energy》上。 

　　该研究发现利用CdS纳米线与金属配合物离子表面电荷的匹配性，从CdS纳米线表面缺陷出发，通过控制组装浓度和低温煅烧，可以成功地在CdS纳米线表面负载将近1 wt.%的稳定的Pt单原子。可见光驱动光催化分解水产氢测试表明，此单原子催化剂具有优异的催化活性与稳定性，其产氢效率达到CdS活性的63.77倍。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）获得单原子铂催化剂Pt？CdS的微观结构。Pt L3边的X-射线吸收精细结构谱通过傅立叶变换分析表明，~1.9 ？处存在Pt-S信号，与铂片相比，在~2.6 ？处不存在Pt-Pt信号，小波变换后的分析结果也证明Pt？CdS与铂片表现出不同的信号。结合进一步的拟合结果证明单原子铂锚定在硫化镉表面，并且与邻近的四个硫原子配位，以PtS4四面体构型存在，Pt-S键长为2.32 ？。 

　　与此同时，利用稳态荧光、时间分辨荧光、皮秒和纳秒瞬态吸收谱等表征了样品的光吸收和光激发特性、光生电子与空穴的形成和迁移，结合DFT结果揭示了单原子活性位点显著提高光催化产氢速率的作用机制。 

　　这项研究成果不仅为构建稳定、高效的单原子催化剂提供了有效方案，同时也可以为研究单原子催化剂的结构-性能构效关系提供借鉴意义。在这项研究工作中，同步辐射光源帮助该研究组揭开了单原子铂催化剂微观结构的面纱。同步辐射光束线将必定会有助于我们探索更多精细结构的催化剂，深入理解构效关系。 

发表文章： 

　　Xin Wu, Huabin Zhang,* Juncai Dong, Mei Qiu, Jintao Kong, Yongfan Zhang, Yang Li, Guilan Xu, Jian Zhang,* Jinhua Ye*, Surface step decoration of isolated atom as electron pumping: Atomic-level insights into visible-light hydrogen evolution. Nano Energy, 45,  2018, 109-117.