💡这项突破是什么?
在各种制氢技术中，光催化水分解凭借其成本效益和环境友好特性，成为了一种颇具吸引力的方案。相较于传统的均相和非均相催化剂，单原子催化剂（SAC）因其高效的原子利用率、独特的配位环境和特殊的电子结构，受到了广泛关注。这些特性使得SAC在众多催化反应中展现出极高的活性，尤其是在氢析出反应（HER）方面。通过将单原子催化剂固定在适宜的基底上，可以优化金属与载体之间的相互作用，并提升吸附/解吸动力学，进而提高HER过程的效率。尽管该领域已取得显著进展，但仍面临一些挑战，如金属负载量低和稳定性不足等问题，这些问题通常源于单个金属（或准金属）原子与缺陷载体之间的复杂相互作用。
低价Pt单原子负载COFs助力光催化析氢
近日，浙江工业大学彭永武研究员团队成功开发了一种名为PtSA@S-TFPT的新型催化剂，该催化剂专为光催化氢析出反应（HER）而设计，展现出高效的催化性能和卓越的稳定性。这一成就得益于将低价铂（Pt）单原子巧妙地掺入含硫的共价有机框架（COF）中。通过使用甲醇作为温和的还原剂，有助于将Pt还原至低价态，并与硫/氧部分形成了稳定的不对称四配位结构，同时避免了颗粒的聚集。
PtSA@S-TFPT中的硫与铂之间牢固的不对称四配位关系，使得铂的负载量高达12.1 wt%，这一数据打破了传统硫配位对贵金属催化活性的限制。PtSA@S-TFPT在光催化析氢性能上表现出色，在可见光照射下，实现了11.4 mmol g^-1h^-1的高析氢速率，并保持了3×3小时的长效稳定性。通过密度泛函理论（DFT）计算和动态载体分析，进一步揭示了PtSA@S-TFPT优异催化性能的机理，归功于Pt单原子的存在，它有效降低了氢解吸的能垒，并增强了光生电荷的分离效率。这项研究挑战了传统范式，为合成低价金属单原子负载的COF铺平了道路，从而推动了光催化制氢领域的发展。
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该成果以“Low-valence platinum single atoms in sulfur-containing covalent organic frameworks for photocatalytic hydrogen evolution”为题于2024年12月3日在线发表在Nature旗下Nature Communications期刊上，浙江工业大学为第一单位，浙江工业大学先进材料研究中心陈良俊博士为论文第一作者，浙江工业大学先进材料研究中心彭永武研究员与中国科学院大连化学物理研究所李杲研究员为论文共同通讯作者。该工作得到国家重点研发项目（2022YFE0113800）、国家自然科学基金（22375179，51907173，22172167和22178320）、浙江工业大学启动基金（2019125016829）、国家自然科学基金(青年学生（博士研究生）基础研究计划（223B2117）的支持。
文章链接
https://www.nature.com/articles/s41467-024-54959-8.
学者介绍
陈良俊
博士，目前主要从事金属单位点负载共价有机框架材料的设计合成以及光催化水分解产氢等方面的研究，以一作在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Chinese Chem. Lett.等各种国际期刊上发表论文4篇。
彭永武
浙江工业大学材料科学与工程学院朝晖特聘研究员，运河青年学者，博士生导师。主要从事材料化学学科领域的科学研究工作，重点聚焦先进多孔框架功能材料设计组装及碳中和能源应用研究。以通讯/一作在J. Am. Chem. Soc. (4)、Nat. Commun. (3)、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Soc. Rev.等期刊上发表SCI收录论文70余篇, ESI前1%高被引论文7篇，引用6800余次，授权中国发明专利17项。2019年获浙江省“钱江人才计划”D类和浙江工业大学“运河青年学者”支持计划。
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