爆发！2022年华南理工大学迎来第4篇Science/Nature！

来源｜iNature

基于铂族金属的催化剂几十年来一直是化工行业的主要焦点。好的催化剂以中等强度结合底物，因此反应物结合和产物解吸都不会限制反应。铂族金属通常在许多反应中都符合这一标准，不能被铁等更便宜的金属所取代，因为铁在反应条件下通常会氧化。

2022年11月24日，莱斯大学Naomi J. Halas，Peter Nordlander，Hossein Robatjazi及普林斯顿大学Emily A. Carter共同通讯（第一作者为莱斯大学Yigao Yuan与华南理工大学周礼楠）在Science在线发表题为”Earth-abundant photocatalyst for H2 generation from NH3 with light-emitting diode illumination“的研究论文，该研究演示了用铜铁光催化剂进行氨分解来释放氢，铜中的等离子体激元产生热电子，与与铁结合的氨发生反应。铁不是该反应的良好热催化剂，但光诱导氧解吸使其与类似的铜钌光催化剂和钌热催化剂竞争。

Cu-Fe天线反应器中的Fe活性位点在超快脉冲照明下的氨光催化分解效率与Ru非常相似。当用发光二极管而不是激光照射时，光催化效率保持相当，即使反应规模增加了近三个数量级。这一结果证明了从氨气载体与地球上丰富的过渡金属高效用电驱动生产氢的潜力。

金属纳米粒子(NPs)中被光激发的表面等离子激元可以产生强光热和非平衡的高激发电子或空穴[热载流子(hc)]，它们可以与吸附的分子发生反应，进而提供一种将光能转化为化学能的有效途径。金属NPs可以直接光催化许多反应，包括Au上的H2解离反应，Ag上的O2解离反应，Cu上的丙烯氧化反应。然而，尽管NPs具有很强的光耦合特性，但仅由这些金属组成的NPs并不能提供吸附物结合的活性位点，这最终限制了它们的催化性能。

天线-电抗器（Antenna-reactor，AR)络合物已经被开发出来，通常由等离子子NP(天线)组成，用反应堆粒子装饰，如岛、簇或铂族金属(PGMs)的单原子。例如，Cu-Ru AR配合物(Cu-Ru-AR)可以有效地光催化氨分解。根据Sabatier原理，Ru是该反应的理想结合位点，因为它结合氮中间种的强度既不太强也不太弱。Cu-Ru- AR的Ru反应器分散在Cu天线上，产生hc，通过激活Ru- n键增强光催化剂的反应性并降低反应障碍。

电气化光催化氨分解生产克级氢气（图源自Science ）

尽管采用PGM反应器大大提高了光催化性能，但它们的稀缺性和成本促使人们努力用地球上储量更丰富的过渡金属来取代它们，特别是在工业规模的反应中，如氨分解。然而，在热驱动下，像Fe这样的金属在这个反应中的反应性远不如Ru，因为Fe-N键非常强，以至于产物不能解吸。

该研究演示了用铜铁光催化剂进行氨分解来释放氢，铜中的等离子体激元产生热电子，与与铁结合的氨发生反应。铁不是该反应的良好热催化剂，但光诱导氧解吸使其与类似的铜钌光催化剂和钌热催化剂竞争。

Cu-Fe天线反应器中的Fe活性位点在超快脉冲照明下的氨光催化分解效率与Ru非常相似。当用发光二极管而不是激光照射时，光催化效率保持相当，即使反应规模增加了近三个数量级。这一结果证明了从氨气载体与地球上丰富的过渡金属高效用电驱动生产氢的潜力。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn5636

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爆发！2022年华南理工大学迎来第4篇Science/Nature！

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