Nat. Commun.: 光誘導負載適度配位的富電子Cu單原子用於產氫
文章信息
光誘導負載適度配位的富電子Cu單原子用於產氫
第一作者：付威威，萬錦，張慧娟
通訊作者：王煜*
單位：重慶大學
研究背景
具有100%金屬分散性的單原子催化劑（SACs）提供了最大的原子利用率。這種SACs擁有不同於傳統金屬催化劑的獨特活性點或催化途徑，對電催化反應表現出卓越的活性和選擇性。然而，大部分合成單原子的路徑步驟繁瑣且合成條件敏感，其中包括金屬前驅體的吸附和還原。此外，特別是在金屬前體的數量較多或高溫熱解的情況下，這些方法仍然不能嚴格排除金屬的聚集，導致可重複性低。高電負性雜原子在協調單金屬原子以防止團聚方面發揮着至關重要的作用。然而，這些強配位鍵會降低配位金屬原子的電子密度，從而影響它們的催化活性。
文章簡介
近日，來自重慶大學王煜教授團隊在國際知名期刊Nature Communications 上發表題為“Photoinduced loading of electron-rich Cu single atoms by moderate coordination for hydrogen evolution”的文章。該文章通過氫輔助的光化學策略合成了以黑磷為載體高負載量（11.3 wt%）和適度配位的Cu-P3 結構。具有特殊富電子特徵的單原子 Cu 位點ΔGH∗接近於零。且相鄰的 Cu 原子協同作用降低了水吸附和中間體解離的能量。所製備的催化劑在鹼性析氫反應中顯示出在 10 mA cm-2 下僅41 mV 的低過電勢和 53.4 mV dec-1 的Tafel 斜率，超過了孤立的Cu單原子和Cu納米團簇。
本文要點
要點一：
作者報告了一種使用氫輔助的室溫光化學策略，在二維（2D）黑磷（BP）載體上合成具有非強配位 M-P3 結構的穩定且高負載的 SAC（例如，Cu、Co）。可見光誘導的 BP 上氫自由基 (H) 的形成對於製備金屬原子負載高達 11.3% 的高負載相鄰銅單原子 (n-Cu/BP) 至關重要。
要點二：
在鹼性析氫反應中，富電子的Cu催化劑在10mA cm-2電流密度下只有41 mV的過電位，並且Tafel斜率僅為53.4 mV dec-1. 這遠超孤立的Cu原子催化劑和Cu納米團簇。同樣地，這種合成高負載單原子催化劑以及相鄰原子協同作用的策略為設計高活性電催化，增強反應動力學過程提供了依據。
要點三：
理論計算表明，單原子 Cu 的活性位點用於析氫的 ΔGH∗接近於零。相鄰的 Cu SAC 表現出高水解離活性，顯着超過孤立的 Cu SAC 和 Cu 納米團簇。
文章鏈接
Photoinduced loading of electron-rich Cu single atoms by moderate coordination for hydrogen evolution
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33275-z
通訊作者介紹
王煜教授簡介：重慶大學，教授，博士，博士生導師，首屆重慶市十佳科技青年獎獲得者。主要從事能源高效儲存與催化轉化。近年來在化學和綜合科學期刊上發表第一單位通訊/第一作者科研論文130餘篇，其中中科院一區論文97篇，包括Nature Communications， Angew.Chem. Int. Edit., J. Am. Chem. Soc, J. Catal., ACS Catal., Appl. Catal. B., Nano Energy, Energy& Environ. Sci, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Nano, ACS Energy Lett.等，他引7000餘次，多篇通訊作者論文被Web of Science評為高被引論文，9篇論文作為Angew. Chem. Int. Edit.等期刊的封面被亮點報道，相關工作發表後引起了國內外同行的廣泛關注和認可。授權發明專利7項，實用新穎專利1項。
