調(diào)控反應(yīng)性金屬-載體相互作用(RMSI)是一種優(yōu)化催化活性位點的有效方法。然而RMSI效應(yīng)一般發(fā)生在高溫條件(> 550℃)下的可還原性氧化物表面，限制它的應(yīng)用范圍。北京大學(xué)郭少軍團隊首次通過冰凍輔助的原位光催化還原方法實現(xiàn)了低溫(< 0℃)下富含氮空位的g-C₃N₄和貴金屬單原子之間的RMSI效應(yīng)（圖a）。研究結(jié)果表明g-C₃N₄中豐富的氮空位產(chǎn)生了明顯的缺電子效應(yīng)，有效加強了Pt單原子(PtSA)與g-C₃N₄之間的RMSI。這種強RMSI不僅促使了PtSA在g-C₃N₄上具有迄今為止碳基材料中最高的PtSA覆蓋密度(0.35 mg m^-2)，而且還使PtSA展現(xiàn)了比富電子g-C₃N₄上的PtSA更高的產(chǎn)氫活性(174.5 mmolgPt^-1h^-1)。計算模擬表明RMSI不僅可以通過氮空位處的二配位C原子與Pt之間的強化學(xué)作用穩(wěn)定PtSA，而且也同時優(yōu)化了PtSA的電子結(jié)構(gòu)以促進光生電子捕獲和產(chǎn)氫。 

　　在北京同步輻射裝置(BSRF)1W1B-XAFS實驗站的支持下，研究人員獲得了Pt L3邊的EXAFS譜，解析了Pt單原子的配位結(jié)構(gòu)。結(jié)果證實PtSA傾向于與氮空位處的二配位碳形成Pt-C鍵(圖b)，該實驗?zāi)Ｐ团c提出的理論模型一致。這種Pt-C相互作用使PtSA具有更負的5d電子態(tài)，加強了PtSA與g-C3N4之間的RMSI。 

　　圖：(a)冰凍輔助的原位光催化還原法制備超高密度的PtSA負載的g-C3N4原理圖?？?/span>標尺:2納米。(b) Pt L3邊在R空間的EXAFS光譜。 

　　本研究為在熱穩(wěn)定性低的光催化劑表面負載金屬單原子提供了一個有趣的策略。探索金屬單原子與光催化材料之間的RMSI效應(yīng)將有助于開發(fā)出更高性能的光催化材料。同步輻射光束線將對于理解這些RMSI效應(yīng)將發(fā)揮重要的作用。相關(guān)成果于2018年11月15日發(fā)表在國際權(quán)威雜志《Nano Energy》上。 

　　發(fā)表文章： 

　　Peng Zhou, Fan Lv, Na Li, Yelong Zhang, Zijie Mu, Yonghua Tang, Jianping Lai, Yuguang Chao, Mingchuan Luo, Fei Lin, Jinhui Zhou, Dong Su and Shaojun Guo* Strengthening reactive metal-support interaction to stabilize high-density Pt single atoms on electron-deficient g-C3N4 for boosting photocatalytic H2 production. Nano Energy, 56(2019), 127–137.