on mpa-from-tpl="t" style="white-space: normal;">在2022年3月11日，暨南大学朱明山研究员、浙江工业大学郑华均教授和中国矿业大学毛梁讲师（共同通讯作者）等人报道了一种利用光化学方法在六方ZnIn2S4（h-ZIS）纳米片合成具有Pt单位点的h-ZIS（PtSS-ZIS），以稳定超低Pt助催化剂（0.26 wt%），形成Pt-S3四面体配位结构。对比传统的退火方法，光诱导反应更加温和可控，可以很好地保留h-ZIS的结构而不会产生任何空位缺陷。在光化学过程中，PtCl62-离子被还原并同时固定在h-ZIS纳米片的基面上，与周围的S原子形成Pt-S3四面体配位结构。实验测试发现，PtSS-ZIS光催化剂上凸出的Pt位点使HER产率提高了2.2倍，在可见光照射下HER速率达到了17.5 mmol g-1 h-1。
通过实验测试和模拟计算发现，原子分散的Pt原子可以作为吸收池，促进光激发电子-空穴对的分离以及活性中心，通过加速催化动力学来提高HER性能。因此，原子级Pt和h-ZIS的协同效应产生了更高的析H2光催化活性，其活性优于缺陷捕获的Pt单位点对应物。更重要的是，通过简单的滴注，制备了一层薄薄的PtSS-ZIS薄膜，并产生了大量可观察到的H2气泡，为实际太阳能驱动的氢气生产提供了巨大的潜力。二维（2D）六方ZnIn2S4（h-ZIS）是一种典型的三元硫系化合物，在（110）晶面的边缘S原子处具有良好的H吸附特征，并且具有很强的抗光腐蚀能力，被认为是一种很有前途的光催化水分解的候选者材料。目前，提高h-ZIS催化性能的指导原则如下：（1）通过优先暴露边缘站点来增加h-ZIS中的活性位点密度，但释放h-ZIS固有的高活性仍然受到电子-空穴对重组的阻碍；（2）构建平面内S空位或掺杂金属杂原子来取代Zn原子。因此，h-ZIS只有在同时克服快速载流子重组和有限活性位点障碍，才适用于光催化HER。
作为一种层状材料，h-ZIS的基面为贵金属纳米颗粒的负载提供了充足的平台，尤其是铂（Pt），而贵金属助催化剂的稀缺性和高成本极大地抑制了其大规模应用。单位点助催化剂（SSCs）因其高原子效率和出色的活性而成为催化科学的前沿。先进SSCs的一种有效策略是通过增加金属负载量而不发生聚集来产生更多的活性位点，几种Pt单位点（PtSS）基光催化剂（Pt负载量为8.7 wt%或12.0 wt%）在可见光照射下具有优异的H2析出速率。对于实际应用，基本上需要用最少的贵金属原子实现最大的催化性能。由于由尖端效应触发的Pt区域周围的电子积累，实现了加速的HER动力学。因此，将Pt SSCs直接锚定到h-ZIS纳米片上可能是形成3D凸出的有效方法，可为HER生产高性价比的光催化剂。
总之，对比传统的缺陷捕获型SSCs，原子分散的Pt位点被固定在h-ZIS纳米片的基面上，通过简单的光化学方法生成催化剂。通过调节能带结构、改进的电荷分离、降低的H2析出过电位和先进的质子传质，提高Pt0.3-ZIS上的水还原活性。通过将超低含量Pt SSCs锚定在2D h-ZIS纳米片上构建3D凸出的演示，为促进光催化H2析出提供了一种有前途、低成本和高效率的途径，该原型可能会激发创新的想法，使未来环境下的HER成为工业利益的催化剂。在有机污染物降解、O2还原、CO2还原、N2固定等反应中，高曲率纳米纹理触发尖端强化的现象可以作为提高催化剂性能的通用方法。Protruding Pt single-sites on hexagonal ZnIn2S4 to accelerate photocatalytic hydrogen evolution.Nature Communications, 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-28995-1.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-28995-1.
