金属有机框架材料限域作用制备单原子催化剂及其高效光解水

　　单原子催化剂因其最大化的原子利用率，在氧化、还原、水煤气转化、电催化等方面表现出优异的催化性能。但是，由于单原子具有高的表面能且容易团聚的特点，单原子催化剂在催化反应过程中保持稳定是一个重大的挑战。因此，其关键是要开发与单原子具有强相互作用的合适载体。中国科技大学江海龙教授（通讯作者）等人，报道了MOF稳定单原子催化剂的制备，并研究了其光催化性能。相关成果以“Single Pt Atoms Confined into a Metal–Organic Framework for Efficient Photocatalysis”为题于2018年1月8日在线发表在Advanced Materials。 

　　该研究组发展了一种利用卟啉基MOFs的氮位点来稳定单原子Pt催化剂的方法。通过借助北京同步辐射装置（BSRF）的1W1B线站，对单原子Pt的硬X射线吸收谱（XAFS）进行了采集和数据分析。首先从X射线近边吸收谱图（XANES）上分析证实了Pt元素以弱氧化态形式存在；进一步通过扩展X射线吸收精细结构 (EXAFS) 谱图解析和拟合，确认了样品中Pt原子与N原子配位模式，同时不存在Pt-Pt键。上述表征为证实单原子Pt催化剂的成功构筑提供了可靠的实验证据。 

　　图1. 示意性说明MOFs限域单原子Pt的结构及其光催化过程。 

　　更有意义的是，由于单个Pt原子能够使原子利用率最大化，优化之后的单原子Pt催化剂—Al-TCPP-0.1Pt表现出极好的可见光条件下的光催化产氢效率，其转换频率(TOF) 为30 h-1，是相应MOF稳定的Pt纳米颗粒催化剂的30倍。超快光谱表征和密度泛函计算表明，单原子Pt引入Al-TCPP之后形成了高效的电子转移通道并且提高氢结合能，从而显著提高光催化产氢活性。这个工作不仅提供了MOF稳定单原子的制备途径，并且为制备更高效MOF光催化剂提供了参考。 

　　通过该工作可以看出,基于MOF体系的金属单原子催化剂的制备研究具有很大潜力和优势。同时该工作体现出了同步辐射的先进表征技术在单原子催化剂的表征和结构解析的至关重要的作用。 

发表文章： 

　　Xinzuo Fang, Qichao Shang, Yu Wang, Long Jiao, Tao Yao, Yafei Li, Qun Zhang, Yi Luo, and Hai-Long Jiang*, Single Pt Atoms Confined into a Metal–Organic Framework for Efficient Photocatalysis. Adv. Mater. (30)2018, 1705112.