JACS：不再孤单的单原子：金钠离子对与光重构纳米簇

图1 光诱导组装策略制备多位点协同催化剂示意图。© 2023 American Chemical Society

图2  双位点协同催化剂优异的光催化性能。© 2023 American Chemical Society

(a) 模拟太阳光照射下，不同类型Au位点修饰TiO₂的光催化产H₂速率;(b) 目前代表性Au/TiO₂光催化剂的TOF和产氢速率比较; (c) SC-Au/O_v-TiO₂的循环稳定性。

图3 原子分散的Au位点的形态转变及Au/Na相互作用的表征。© 2023 American Chemical Society

(a) TiO₂的TEM图像; (b, c) S-Au/TiO₂（b）和SC-Au/TiO₂（c）的HAADF-STEM图像。(d) TiO₂，S-Au/TiO₂，SC-Au/TiO₂和SC-Au/O_v-TiO₂的XPS光谱。(e) TiO₂，S-Au/TiO₂，SC-Au/TiO₂和SC-Au/Ov-TiO₂的²³Na NMR光谱。

图4  原子分散位点的重构机制。© 2023 American Chemical Society

(a) S-Au/TiO₂，SC-Au/TiO₂，SC-Au/O_v-TiO₂和P-Au/TiO₂参照的Au 4f XPS光谱; (b) S-Au/TiO₂，SC-Au/TiO₂，SC-Au/O_v-TiO₂和Au箔的傅里叶变换（FT）Au L₃-edge（k）;(c)光照下的TiO₂和S-Au/TiO₂原位Ti 2p XPS光谱; (d)光照下TiO₂和S-Au/TiO₂的准原位ESR光谱。©2023 JACS

图5 双位点间级联电子转移实现高效电荷分离。© 2023 American Chemical Society

(a) TiO₂、S-Au/TiO₂、SC-Au/TiO₂和SC-Au/O_v-TiO₂的紫外-可见反射光谱。(b) 在350 nm激发波长下，Au团簇和TiO₂结合部位电场增强的FDTD模拟。(c) Au团簇、TiO₂和Au单原子之间的级联电荷转移示意图。(d) 在350 nm激发下，TiO₂、S-Au/TiO₂、SC-Au/TiO₂和SC-Au/O_v-TiO₂的瞬态吸收光谱。(e) 650 nm波长下TiO₂、S-Au/TiO₂、SC-Au/TiO₂和SC-Au/O_v-TiO₂的寿命衰减动力学。(f) S-Au/TiO₂、SC-Au/TiO₂和SC-Au/O_v-TiO₂的光致发光寿命衰减曲线。

图6 Na⁺促进的产氢反应。© 2023 American Chemical Society

(a) Au单原子和Au(Na⁺)组装体氢吸附构型的局部原子结构 (b) 引入一个Na⁺可以显著降低产氢的ΔGH。(c) Au(Na⁺)(H*)中Au-O键周围Ti的DOS图。(d) Au(Na⁺)(H*)中Au、Na和H的DOS图。

总之，通过采用一种简便的钠辅助光诱导重构策略，借助Au单原子在钠修饰的缺陷TiO₂载体界面的再分散作用，实现了钠稳定的Au单原子和自下而上组装的Au纳米团簇双活性位点的构筑，从Au纳米团簇到TiO₂和Au单原子的级联电荷转移实现了高效光催化作用。多位点光催化剂可以光解水反应中具有高达1533 h^–1的TOF值。本研究不仅为从原子尺度深入认识多相催化微界面机制提供新的视角，更为利用金属-载体相互作用构筑多点协同的原子分散催化剂提供了新策略。

原文详情：An, X., Wei, T., Ding, P., Liu, L.-M., Xiong, L., Tang, J., et al. (2023). Sodium-Directed Photon-Induced Assembly Strategy for Preparing Multisite Catalysts with High Atomic Utilization Efficiency. Journal of the American Chemical Society 145(3), 1759-1768.