近日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》以“Boosting Photocatalytic Water Oxidation Over Bifunctional Rh⁰-Rh³⁺ Sites”為題，在線報(bào)道了我校材料科學(xué)與工程學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊(duì)在人工光合成領(lǐng)域的最新研究成果，并以內(nèi)封面文章的方式重點(diǎn)報(bào)道。

人工光合成技術(shù)是利用太陽(yáng)光將水、二氧化碳等小分子轉(zhuǎn)化成氫氣、甲醇等化學(xué)品的反應(yīng)過程，可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能的高效穩(wěn)定轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)，也是助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的理想途徑。然而，人工光合成水氧化半反應(yīng)通常需要經(jīng)歷復(fù)雜的四電子轉(zhuǎn)移過程，其緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征限制了太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化效率。

針對(duì)這一關(guān)鍵問題，研究團(tuán)隊(duì)以重要的BiVO₄:Mo半導(dǎo)體捕光材料為研究對(duì)象，創(chuàng)新性地通過氯離子配體輔助氣相還原的方法在BiVO₄:Mo表面可控構(gòu)建了具有原子尺度分散的雙功能Rh⁰-Rh³⁺位點(diǎn)助催化劑。通過X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜定量解析了Rh⁰-Rh³⁺助催化劑的原子近程結(jié)構(gòu)，揭示了雙功能助催化劑由金屬態(tài)的Rh⁰位點(diǎn)與氧化態(tài)的Rh³⁺位點(diǎn)共同組成；進(jìn)一步通過Operando X射線吸收譜發(fā)現(xiàn)水氧化反應(yīng)過程中Rh位點(diǎn)的價(jià)態(tài)及Rh-O配位環(huán)境的可逆特征性變化。此外，作者通過理論計(jì)算探究了Rh⁰位點(diǎn)與Rh³⁺位點(diǎn)的協(xié)同催化水氧化機(jī)制，即Rh⁰位點(diǎn)的吸附脫氫作用有助于打破產(chǎn)氧半反應(yīng)中間體吸附能的線性關(guān)系，最終提升整體人工光合成水氧化性能。該工作實(shí)現(xiàn)了人工光合成決速步驟產(chǎn)氧端半反應(yīng)性能的大幅提升，為構(gòu)建高效人工光合成系統(tǒng)提供了新的研究思路。

該工作主要由材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生劉袁微在劉鵬飛特聘副研究員、楊化桂教授等人的指導(dǎo)下完成。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202106874