第一作者：梅原林、沈若凡（共同第一作者）

通讯作者：肖廷辉、沈若凡

通讯单位：郑州大学

论文DOI：10.1002/anie.202524246

催化剂载体因其既可通过调控催化剂电子结构间接提升催化活性，也可直接参与催化反应，对高效水解离至关重要。MXene 凭借其丰富的表面电子态，能够对催化剂进行多种电子调控，近年来成为水解离中极具应用前景的催化剂载体，但其在水解离过程中直接与反应物或产物相互作用以加快催化动力学的潜力仍未被探索。在此，我们提出一种磷酸阴离子工程化的MXene（P-Ti₃C₂）载体负载单原子Ru-Cu合金，在室温光照条件下，实现了创纪录的高效催化氨硼烷水解析氢活性（质量比活性高达746 L g_Ru^-1min^-1）。这一高效水解离活性的实现得益于磷酸阴离子对MXene表面电子结构的精准调控与单原子合金在光激发下LSPR效应的协同作用。本项工作揭示了此前MXene基载体未被认知到的催化作用，并为通过设计载体-催化剂-反应物的相互作用实现高效水解离提供了一种新的设计策略。

催化剂载体在催化体系中兼具双重作用，对高效水解离不可或缺：一是间接调控活性位点，二是直接参与反应。间接作用通过金属-载体相互作用改变活性金属的电子结构与分散度，如调控d带中心、抑制活性金属团聚等。而直接作用则源于载体吸附反应物或促进反应物转化的能力，这在具有光催化活性的金属氧化物中已被广泛证实。此外，载体可作为氢溢流的迁移平台，加快催化动力学过程。近年来，MXene 凭借其丰富的表面官能团与可调控的电子性质，能够对催化剂进行多种电子改性，在水解离中表现出显著的间接作用，成为极具前景的催化剂载体。然而，MXene 在水解离中直接与反应物或产物作用以加快催化动力学的潜力仍未被探索。

本研究发现，经磷酸根阴离子修饰的MXene可显著加速单原子Ru-Cu合金上的氨硼烷水解离过程。结合原位光谱表征与密度泛函理论计算，发现这一活性提升主要源于增强的氢溢流效应，该效应由磷酸阴离子诱导MXene上钛位点发生电子改性所产生，并伴随着Ru-Cu活性位点上氨硼烷与水分子的光增强活化。该工作揭示了MXene基载体一种此前未被认知的催化功能，并为通过精准调控载体-催化剂-反应物的相互作用以增强水解离提供了新的设计策略。

图文解析

图1 RuCu单原子合金-P-Ti₃C₂催化剂设计思路及形貌表征

图2 RuCu单原子合金-P-Ti₃C₂催化剂电子结构表征

图3 RuCu单原子合金-P-Ti₃C₂催化剂的催化性能

图4 RuCu单原子合金-P-Ti₃C₂催化剂的催化机制

本研究提出了一种通过对MXene载体进行磷酸阴离子修饰来增强Ru‑Cu单原子合金催化剂中氢溢流效应的有效策略，实现了氨硼烷的高效水解。在室温可见光下，Ru₉Cu₁@P‑Ti₃C₂催化剂展现出优异的质量比活性，达到746 L g_Ru^-1 min^-1。实验与理论分析均表明，Ru‑Cu单原子合金存在集团效应，可有效降低O-H键断裂的能垒，并增强Ru活化水分子的能力。磷酸阴离子通过调控MXene载体的电子结构显著加速氢溢流，进而提升催化性能。此外，可见光下Ru‑Cu单原子合金的等离子体激发可产生热电子，进一步增强催化活性。本研究深入揭示了MXene作为催化剂载体的作用机制，并为通过界面与电子结构调控设计高效多位点催化剂提供了新策略。