image: 催化剂的合成策略和光催化示意图 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
助催化剂的表面电荷状态对于光催化起着至关重要的作用，因为它与催化剂和底物分子之间的电荷转移以及后者的吸附和活化直接关联。
当前，助催化剂的研究主要围绕在粒径的控制，颗粒分布，裸露的晶面以及它们与光催化剂的界面接触，甚至各种助催化剂之间的协同作用。然而，对于助催化剂表面电荷态的调控，尤其是通过其微结构和配位环境的调节，来调控其电荷态进而促进光催化的研究非常少。
近期，中国科学技术大学江海龙教授研究团队在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）上发表论文，通过精确控制双金属Pd@Pt纳米颗粒的微观结构，改变Pt的配位环境，实现Pt表面电荷态的调控，详细研究并优化了其对光催化活性的影响。
通过在光敏且稳定的经典MOF（UiO-66-NH2）上原位合成双金属核壳结构Pd@Pt纳米颗粒，精确控制其微结构从核壳到单原子合金（SAA）转变，该过程伴随Pt配位环境改变。由于功函数不同，导致了Pd和Pt之间存在电荷重新分配效应。此效应受到结构精确调控和Pt配位环境改变的影响，使得Pt的表面电荷态得以系统改变（如上图）。
经过结构系统优化，发现具有SAA结构的Pd10@Pt1/MOF复合材料拥有最富电子的Pt表面电荷态，其光催化产氢活性远远超过相应对比组分，表明了优化活性位点电荷态对促进光催化的重要性，同时也强调了SAA助催化剂在光催化的优越性。
这是首次基于SAA共催化剂的相关研究报道，为合成SAA结构催化剂提供了设计思路和精确的合成方法，也为基于SAA光催化的发展奠定了重要基础。同时，本工作在传统肖特基结改善电荷分离的基础上，提出了一种通过助催化剂微结构（特别是配位环境控制）调控的新策略来实现电荷分离的改善，为高效光催化剂的理性调控提供了新思路。
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文章信息： Precise fabrication of single-atom alloy co-catalyst with optimal charge state for enhanced photocatalysis https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa224
Journal
National Science Review