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港中文/港理工AFM：紅磷量子點(diǎn)原位負(fù)載Ni單原子，實(shí)現(xiàn)高效光催化析氫

光催化水分解制氫是緩解能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題最有前景的方法之一。在所有的光催化劑中，非金屬材料、共價(jià)有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體以其低成本和高性能的特點(diǎn)引起了廣泛的關(guān)注。

其中，紅磷(RP)能夠高效吸收太陽(yáng)光以及具有合適的能帶結(jié)構(gòu)，在光催化方面具有顯著主要優(yōu)勢(shì)。然而，其光生載流子的快速?gòu)?fù)合和化學(xué)惰性H吸附位點(diǎn)等限制了紅磷(RP)的大規(guī)模應(yīng)用。

基于此，香港中文大學(xué)JimmyC.Yu(余濟(jì)美)和香港理工大學(xué)黃勃龍等利用原位超聲策略，成功將Ni單原子錨定到紅磷量子點(diǎn)RPQD上(Ni-RPQD)，并且由于RPQD表面磷空位存在，Ni單原子能夠均勻分布。

光催化性能測(cè)試結(jié)果顯示，在可見(jiàn)光下，以10%甲醇為犧牲劑，在無(wú)外加助催化劑的條件下Ni-RPQD-2(Ni:0.56 wt.%)的析氫速率為3.56 μmol h^-1，在420 nm處的表觀量子產(chǎn)率(AQY)為3.8%。

循環(huán)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性測(cè)試結(jié)果顯示，Ni-RPQD-2在可見(jiàn)光照射下連續(xù)四次光催化析氫實(shí)驗(yàn)后的光催化活性仍剩余97%，并且反應(yīng)后材料組分未發(fā)生明顯變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，Ni單原子通過(guò)占據(jù)RP的磷空位而表現(xiàn)出一種獨(dú)特的錨定狀態(tài)，并且形成的Ni-P鍵極大地促進(jìn)了電荷的分離和轉(zhuǎn)移。

此外，Ni單原子的引入還可以減小催化劑的帶隙，拓寬光吸收以提高可見(jiàn)光下的整體光催化活性。同時(shí)，Ni單原子的引入調(diào)節(jié)了電子結(jié)構(gòu)，降低了水吸附和解離能壘，從而提高了光催化析氫的活性。

這項(xiàng)工作展示了將單原子與RP相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)高效光催化的巨大潛力，也為設(shè)計(jì)新型光催化劑提供了重要的指導(dǎo)。

Enabling Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution via In Situ Loading of Ni Single Atomic Sites on Red Phosphorus Quantum Dots. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202212051

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/14/d5fca60317/

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