【產(chǎn)通社，11月28日訊】北京大學(xué)（Peking?University）官網(wǎng)消息，人工光合作用（光催化）是一種可把清潔太陽能轉(zhuǎn)換成可儲存化學(xué)燃料的能源轉(zhuǎn)化方式。但當(dāng)前光催化技術(shù)的應(yīng)用長期受制于其低的能量轉(zhuǎn)換效率，其主要原因包含：1）嚴(yán)重的光生電子空穴對復(fù)合導(dǎo)致了有效光生電荷數(shù)量少；2）光生電荷在光催化劑和助催化劑之間的遷移勢壘較大，限制了光生電子空穴對的分離；3）助催化劑表面的催化反應(yīng)過電勢過高，限制了產(chǎn)物生成速率。近年來，金屬原子位助催化劑相比傳統(tǒng)納米顆粒助催化劑由于具有可控配位結(jié)構(gòu)、短程電子轉(zhuǎn)移以及對載體半導(dǎo)體的光吸收幾乎無影響等優(yōu)勢，在光催化水分解制氫、高附加值燃料合成和環(huán)境治理等方面顯示出了大的應(yīng)用潛力。

材料科學(xué)與工程學(xué)院郭少軍教授團隊長期致力于原子尺度光催化材料設(shè)計、合成、催化性能調(diào)控和先進器件研究，探索金屬單原子的配位結(jié)構(gòu)對光催化活性、選擇性和穩(wěn)定性的調(diào)控規(guī)律，在金屬單原子光催化材料的可控制備與顯著提升制氫和太陽能燃料光合成領(lǐng)域取得了系列進展（Chem 2021, 7, 1033；Nat. Commun. 2021, 12, 4412； Adv. Mater. 2020, 32, 1904249；Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 232；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14184；Sci. China Chem. 2021, 64, 1716；Sci. Bull. 2020, 65, 720；ACS Catal. 2020, 10, 9109）。

在前期研究基礎(chǔ)上，團隊最近受Nature Reviews Chemistry邀請，在原子和電子尺度上對金屬單原子光催化劑中半導(dǎo)體與金屬單原子的相互作用進行深入探討和歸納總結(jié)（如下圖所示）。論文介紹了半導(dǎo)體光催化劑與金屬單原子之間相互作用的基本物理化學(xué)構(gòu)型，系統(tǒng)地總結(jié)了構(gòu)建半導(dǎo)體光催化劑與金屬單原子之間相互作用的方法，探討了各種方法的特色和局限性，同時對各種典型半導(dǎo)體光催化劑與金屬單原子之間相互作用的模型進行了區(qū)分和定義；突出了在半導(dǎo)體光催化劑與金屬單原子之間相互作用下，配體效應(yīng)對金屬單原子助催化劑的電子性質(zhì)和催化性質(zhì)的決定性作用；重點介紹了半導(dǎo)體光催化劑與金屬單原子之間相互作用在光催化水分解制氫、二氧化碳還原和有機物合成方面的應(yīng)用；最后，對金屬單原子光催化劑未來發(fā)展方向進行了預(yù)測和展望。相關(guān)成果于2022年10月24號在線發(fā)表在《自然綜述：化學(xué)》雜志（“Optimizing the semiconductor–metal-single-atom interaction for photocatalytic reactivity”. Nature Reviews Chemistry 2022, doi: 10.1038/s41570-022-00434-1）

周鵬博士為論文的第一作者，郭少軍為論文的唯一通訊作者。該工作得到了國家杰出青年科學(xué)基金、騰訊科學(xué)探索獎、北京自然科學(xué)基金重點研究專項、中國博士后科學(xué)基金等項目的資助。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.pku.edu.cn/jxky/11bcc1f271544b15903a83a3157f21bd.htm。（Donna Zhang，張底剪報）    （完）