1月10日，云南大學(xué)材料與能源學(xué)院、倫敦大學(xué)化工工程系、西北大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院、華東師范大學(xué)電子系的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種用于光催化制氫的銅錨定二氧化鈦基高效催化劑，其分解水制氫量子效率高達(dá)56%。這種原子級光催化材料設(shè)計(jì)策略確實(shí)為商業(yè)應(yīng)用的競爭性制氫鋪平了道路，該成果發(fā)表于自然通訊期刊（Nature Communications）。

鏈接地址：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27698-3

光催化H₂析出性能級單原子Cu-TiO₂合成示意圖

利用太陽能促進(jìn)水分解制氫是未來能源替代的有效策略，二氧化鈦由于其低成本和紫外線下的穩(wěn)定高效而被廣泛用于水分解的基準(zhǔn)光催化劑。金屬單原子催化劑，是近年來迅速發(fā)展起來的新型催化劑。相比傳統(tǒng)金屬催化劑，金屬單原子催化劑中的原子以單個(gè)的形式負(fù)載在載體上，在催化反應(yīng)中可充分參與反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)活性中心的最大化，利用效率可接近100%，在理論上可以同時(shí)提高催化活性并降低成本。然而由于單原子具有極高的表面能，在合成和催化反應(yīng)過程中容易團(tuán)聚、穩(wěn)定性差、壽命短且制備成本高，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)研制出具有大比表面積和豐富鈦空位的二氧化鈦納米材料，以此為載體錨定過渡金屬銅單原子，使銅與二氧化鈦形成了牢固的‘銅-氧-鈦’鍵。在光催化制氫反應(yīng)過程中，一價(jià)陽離子銅和二價(jià)陽離子銅的可逆變化，大大促進(jìn)了光生“電子-空穴”的分離和傳輸，大幅提高了光生電子的利用率，使產(chǎn)氫量子效率獲得突破，達(dá)到56%。

Pt、Au和Pd等貴金屬由于其低活化能和高效的電荷分離而常被用作光催化中的助催化劑，但是相應(yīng)的成本也極高。新研制成果的二氧化鈦基光催化材料，制備方法簡單、成本低，與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)勢明顯。而且新型光催化材料制備工藝簡單，無需昂貴的設(shè)備，成本大幅降低。

編譯 YUXI

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