【原】施伟东Angew.: 超过800 nm Pt原子/簇-Ni-植酸盐敏化氮化碳近红外光驱动水分解!

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研究内容

近红外(NIR)超过800 nm的光驱动水分解仍然是一个远期目标，但也面临着巨大的挑战。

江苏大学施伟东教授课题组提出了一种在NIR光照射（λ>800 nm）下，在植酸镍(PA-Ni)敏化的聚合氮化碳(PCN)上原位光沉积铂单原子/簇(Pt-SAC)的新方法，从而产生用于整体水分解的有效NIR驱动光催化剂。最佳催化剂同时析氢(H2)和氧(O2)析出，在λ>800 nm处24小时析氢量为1.4 μmol，其活性比未经Pt-SAC改性的体系高约140倍(PA-Ni1.1@PCN)。相关工作以“Pt Atoms/Clusters on Ni-phytate-sensitized Carbon Nitride for Enhanced NIR-light-driven Overall Water Splitting beyond 800 nm”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. 作者通过在PCN上原位选择性地光沉积Pt SAC以充当λ>800 nm的电子收集器，可提供大量低过电位活性位点并显着加速光生电子转移，从而可以大大增强以2:1的摩尔比同时析出H2和O2。其中，Pt-SAC的负载量可通过在λ>800 nm处调整敏化系统中H2PtCl6的光还原时间来调节和控制。

要点2. PA-Ni敏化系统(PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR)在光敏作用24小时下，可析出1.4 μmol H2。其催化活性是没有Pt-SAC辅助的系统(PA-Ni1.1@PCN)的140倍以上。此外，光敏化系统在λ>800 nm下48小时的长期整体水分解中表现出优异的稳定性。

这是通过光敏过程实现NIR驱动的整体水分解的一个非常显着的结果。这项工作代表了第一个用于整体水分解的近红外光响应光敏系统，并可能为在原子水平上精确操纵助催化剂位置以通过光敏化改善近红外光驱动的整体水分解开辟一条途径。相信这项工作将激发和鼓励未来通过光敏化生产人工近红外光燃料的研究。

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研究图文

图1. (a) PA-Ni@PCN/Pt SAC三元复合材料的合成路线示意图；(b) HAADF-STEM与最佳催化剂的元素映射图像(PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR)；(c) 锚定在PCN上的Pt-SAC的HAADF-STEM图像；(d) Pt L3-edge EXAFS的比较，显示在k2加权R-space中；（e) 样本的小波变换。

图2. (a) 24小时内，在λ>800 nm处，整体水分解气体释放速率对前体Ni浓度的依赖性；(b) 气体释放速率对H2PtCl6在λ>800 nm 24小时的光还原时间的依赖性；(c) 在λ=850 nm 24小时内，气体逸出速率对前体Ni浓度的依赖性；(d) PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR在λ>800 nm的超纯水中发生水分解反应的时间过程；(e) PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR在λ=850 nm处超纯水中水分解反应的时间过程；(f) 光催化H218O(98%)在PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR在λ>800 nm处分解48小时时产生的O2气体的质谱。

图3. (a)和(b) PA-Ni1.1@PCN和PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR在800 nm处泵浦的NIR区域瞬态吸收光谱的二维伪彩色图，分别[x轴，探针波长; y轴，泵探头延迟；颜色，吸光度变化(ΔAbs)，以毫光密度单位(mOD)]显示；(c)和(d)分别为PA-Ni1.1@PCN和PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR在800 nm激发的不同时间延迟下的瞬态吸收光谱；(e) PA-Ni1.1@PCN和PA-Ni1.1@PCN/Pt5hNIR在850 nm处瞬态吸收的时间分布和拟合衰减动力学；(f) 提出了在近红外光(λ>800 nm)下由PA-Ni敏化的PCN与Pt-SACs系统耦合诱导的可能的光催化整体水分解机理。

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文献详情

Pt Atoms/Clusters on Ni-phytate-sensitized Carbon Nitride for Enhanced NIR-light-driven Overall Water Splitting beyond 800 nm

Yuanyong Huang, Di Li, Shuo Feng, Yujing Jia, Shuhui Guo, Xiaojie Wu, Min Chen, Weidong Shi*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202212234