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黃小青&樊星&徐勇AEM：Ru/In雙單原子調(diào)控電荷分離，顯著加速光催化HER

通過光催化水分解制氫對于解決當前的能源危機和環(huán)境問題具有重要意義。然而，目前大多數(shù)光催化劑都存在光生載流體快速復(fù)合，反應(yīng)活性較差等問題，這嚴重限制了光催化產(chǎn)氫的進一步發(fā)展和實際應(yīng)用。

基于此，廈門大學黃小青、蘇州大學樊星和廣東工業(yè)大學徐勇等利用Ru/In雙單原子對超薄TiO₂納米片進行修飾(Ru-In SA/TiO₂)，所制備的光催化劑可以在沒有犧牲劑的情況下高效光催化水分解產(chǎn)氫。

性能測試結(jié)果顯示，Ru-In SA/TiO₂的H₂產(chǎn)率達到174.1μmol h^-1，分別是Ru單原子(Ru SA/TiO₂)、單原子(SA/TiO₂)修飾的TiO₂的6、18和53倍。此外，連續(xù)8個循環(huán)后，H₂生產(chǎn)速率的輕微下降以及Ru-In SA/TiO₂的形態(tài)和結(jié)構(gòu)保留完整，表明Ru-In SA/TiO₂具有優(yōu)異的光催化水分解穩(wěn)定性；Ru-In SA/TiO₂在不含犧牲劑的海水分解中的H₂產(chǎn)率為134.8 μmol h^-1，進一步表明其在光催化水分解中具有潛在的實際應(yīng)用價值。

實驗結(jié)果和理論計算表明，Ru和In雙原子被直接取代到TiO₂中，這種摻雜可以促進O_v的形成，并顯著促進光生電子和空穴的分離。具體而言，特別是Ru單原子的摻雜促進光生電子從TiO₂轉(zhuǎn)移到Ru單原子上，而In單原子的摻雜增強了光生空穴從TiO₂價帶到In單原子的轉(zhuǎn)移，這有利于電子-空穴對的分離和抑制隨后的復(fù)合。總的來說，這項工作不僅證明了在沒有犧牲劑的情況下高效水分解的可行性，而且為光催化等領(lǐng)域的催化劑設(shè)計提供了新的策略。

Ru/In Dual-Single Atoms Modulated Charge Separation for Significantly Accelerated Photocatalytic H₂ Evolution in Pure Water. Advanced Energy Materials, 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201688

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