一种近乎完美的铂催化剂，其Pt2?/Pt?的空间分布具有定向性，可用于光催化水分解

《Advanced Materials》：A Near-Perfect Pt Cocatalyst with a Spatially Oriented Distribution of Pt2+/Pt0 for Photocatalytic Water Splitting

Pt催化剂通过钒掺杂和硫空位调控实现价态分布优化，Pt2+占比83%显著抑制H2/O2重组（4%）并降低质子还原势垒，使光催化产氢活性提升45.4倍，电子密度增加152倍，构建10m2级大面积系统日产氢6.4L。

　　

摘要

加载共催化剂（例如铂Pt）是实现光催化全水分解的一种有前景的策略。其中，金属态的Pt°有助于质子还原，而正价态的Pt²⁺则能抑制H₂/O₂的重组。然而，在基于Pt的复合光催化剂中同时利用Pt⁰和Pt²⁺的优势以实现光催化水分解却颇具挑战性。本文提出了一种通用方法，可以调节Pt的价态，实现Pt²⁺/Pt³⁺的空间定向分布，并使质子还原势接近零，同时实现O₂的独立吸附。作为概念验证，铂通过电子转移至ZnIn₂S₄，伴随着从Pt⁰到Pt²⁺的部分氧化过程；这一过程是通过在ZnIn₂S₄中引入电子缺陷中心（通过钒掺杂和硫空位V-Sv-ZIS实现）。反向电子转移使得Pt²⁺在Pt/V-Sv-ZIS界面附近的区域占比达到83%，而在Pt簇中心附近的剩余17%区域中Pt⁰占主导。该方法可扩展到其他基于铂的催化剂系统。占主导地位的Pt²⁺抑制了O₂的吸附，并使H₂/O₂的重组率降至最低（4%），而极少量的Pt⁰则使光生电子密度增加了152.2倍，最终使光催化活性提高了45.4倍。我们制备了一个面积为10平方米的光催化系统，在自然光条件下每天可产生6.4升H₂。

图形摘要

通过精确调控Pt²⁺/Pt⁰的比例，开发出了一种近乎完美的铂共催化剂，该催化剂具有接近零的质子还原势和独立的O₂吸附能力。这项工作强调了Pt价态空间定向分布对光催化反应的关键作用，展示了适用于光电催化、有机催化和环境催化的通用设计原则。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。