Nat. Commun.: 光诱导负载适度配位的富电子Cu单原子用于产氢

第一作者：付威威，万锦，张慧娟

通讯作者：王煜*

单位：重庆大学

具有100%金属分散性的单原子催化剂（SACs）提供了最大的原子利用率。这种SACs拥有不同于传统金属催化剂的独特活性点或催化途径，对电催化反应表现出卓越的活性和选择性。然而，大部分合成单原子的路径步骤繁琐且合成条件敏感，其中包括金属前驱体的吸附和还原。

此外，特别是在金属前体的数量较多或高温热解的情况下，这些方法仍然不能严格排除金属的聚集，导致可重复性低。高电负性杂原子在协调单金属原子以防止团聚方面发挥着至关重要的作用。然而，这些强配位键会降低配位金属原子的电子密度，从而影响它们的催化活性。

基于此，来自重庆大学王煜教授团队在国际知名期刊Nature Communications 上发表题为“Photoinduced loading of electron-rich Cu single atoms by moderate coordination for hydrogen evolution”的文章。

该文章通过氢辅助的光化学策略合成了以黑磷为载体高负载量（11.3 wt%）和适度配位的Cu-P₃ 结构。具有特殊富电子特征的单原子 Cu 位点ΔG_H∗接近于零。且相邻的 Cu 原子协同作用降低了水吸附和中间体解离的能量。所制备的催化剂在碱性析氢反应中显示出在 10 mA cm^-2 下仅41 mV 的低过电势和 53.4 mV dec^-1 的Tafel 斜率，超过了孤立的Cu单原子和Cu纳米团簇。

作者报告了一种使用氢辅助的室温光化学策略，在二维（2D）黑磷（BP）载体上合成具有非强配位 M-P₃  结构的稳定且高负载的 SAC（例如，Cu、Co）。可见光诱导的 BP 上氢自由基 (H) 的形成对于制备金属原子负载高达 11.3% 的高负载相邻铜单原子 (n-Cu/BP) 至关重要。

要点二：

在碱性析氢反应中，富电子的Cu催化剂在10mA cm^-2电流密度下只有41 mV的过电位，并且Tafel斜率仅为53.4 mV dec^-1. 这远超孤立的Cu原子催化剂和Cu纳米团簇。同样地，这种合成高负载单原子催化剂以及相邻原子协同作用的策略为设计高活性电催化，增强反应动力学过程提供了依据。

要点三：

理论计算表明，单原子 Cu 的活性位点用于析氢的 ΔG_H∗接近于零。相邻的 Cu SAC 表现出高水解离活性，显着超过孤立的 Cu SAC 和 Cu 纳米团簇。

Photoinduced loading of electron-rich Cu single atoms by moderate coordination for hydrogen evolution

王煜教授简介：重庆大学，教授，博士，博士生导师，首届重庆市十佳科技青年奖获得者。主要从事能源高效储存与催化转化。

近年来在化学和综合科学期刊上发表第一单位通讯/第一作者科研论文130余篇，其中中科院一区论文97篇，包括Nature Communications， Angew.Chem. Int. Edit., J. Am. Chem. Soc, J. Catal., ACS Catal., Appl. Catal. B., Nano Energy, Energy& Environ. Sci, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Nano, ACS Energy Lett.等，他引7000余次，多篇通讯作者论文被Web of Science评为高被引论文，9篇论文作为Angew. Chem. Int. Edit.等期刊的封面被亮点报道，相关工作发表后引起了国内外同行的广泛关注和认可。授权发明专利7项，实用新颖专利1项。

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