北大郭少军光催化-单原子不孤单

摘要:分类了在原子尺度上构建高效半导体-金属单原子MSA相互作用的最先进的实验和理论策略,用于广泛的光催化反应。所描述的实例包括光催化水分解、CO2还原和有机合成。
金属单原子Metal single-atom,MSA催化剂,若与半导体结合时,会表现出100%金属原子利用率和独特电子性质,因而成为高效光催化的助催化剂cocatalysts。由于不存在金属-金属键,金属单原子MSA位点仅与半导体光催化剂配位,其特征在于半导体和金属单原子之间的化学键驱动的可调相互作用。这种半导体-金属单原子MSA相互作用是一个有力的研发平台,可以促进光生电荷载流子的分离/转移,进而提升随后的催化反应。

今日,北京大学工学院Peng Zhou,Mingchuan Luo,郭少军Shaojun Guo,在Nature Reviews Chemistry上发表综述文章,首先介绍了与半导体-金属单原子MSA相互作用相关的基本物理化学。既而强调了配体通过半导体-金属单原子MSA相互作用,对金属单原子MSA助催化剂的电子结构、催化性能和功能机制的影响。

然后,分类了在原子尺度上构建高效半导体-金属单原子MSA相互作用的最先进的实验和理论策略,用于广泛的光催化反应。所描述的实例包括光催化水分解、CO2还原和有机合成。

最后,概述了如何进一步推进涉及多个基本步骤复杂光催化反应的半导体-金属单原子MSA相互作用策略。


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Optimizing the semiconductor–metal-single-atom interaction for photocatalytic reactivity. 

优化半导体-金属单原子相互作用的光催化活性。


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图1:半导体-金属单原子Metal single-atom,MSA相互作用的基本物理化学。

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图2:半导体-金属单原子MSA相互作用的发展历史。

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图3:半导体-金属单原子MSA架构的构建。

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图4:半导体-金属单原子MSA相互作用的识别。

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图5:电荷分离/转移和表面催化动力学。

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图6:调整半导体-金属单原子MSA相互作用,用以光催化分解水。

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图7:调整半导体-金属单原子MSA相互作用以减少CO2。

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图8:调整用于有机合成的半导体-金属单原子MSA相互作用。

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图9:先进半导体-金属单原子MSA架构的构建策略。



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