余火根团队Nature子刊：调控电子结构，增强光催化H2O2合成！

第一作者：Xidong Zhang

通讯作者：余火根

通讯单位：中国地质大学（武汉）材料与化学学院

论文速览：

本研究聚焦于提高Au共催化剂在催化H₂O₂合成效率。通过在Au活性位点形成电子不足的Auδ+位点，增强了O₂的吸附能力，从而提升了H₂O₂的产率。

研究团队合成了TiO₂/MoSx-Au复合催化剂，并在含有乙醇的O₂饱和溶液中实现了30.44 mmol g⁻¹ h⁻¹的H₂O₂产率。

通过密度泛函理论计算和X射线光电子能谱分析，揭示了MoSx中介诱导形成电子不足的Auδ+位点，降低了Au-Oads的反键轨道占据，从而增强了O₂的吸附。这一策略对于设计催化表面电子结构以促进人工光合作用具有重要意义。

图文导读：

图1：展示了通过MoS_x中介形成电子不足的Auδ+共催化剂以增强Au-Oads键的策略。

图示了Au表面的弱Au-Oads键、通过MoSx加入形成的电子不足的Auδ+位点，以及在MoS_x-Au表面上的强Au-Oads键。同时，图示了通过Au到MoSx的自由电子转移来减少Au-Oads的反键轨道占据。

图2：展示了TiO₂/MoSx-Au的合成策略和形态特征。

通过TEM、HRTEM、HAADF-STEM和元素映射图像，证实了Au纳米粒子在MoSx表面的选择性沉积。

图3：展示了不同样品在Xe灯光照射下O₂饱和的乙醇水溶液中的光催化H₂O₂合成性能。

数据显示TiO₂/MoSx-Au展现了最高的H₂O₂产率，并且在不同条件下的光催化H₂O₂合成性能测试中，TiO₂/MoSx-Au显示出良好的应用潜力和重复使用性。

图4：展示了MoS_x诱导形成电子不足的Auδ+以及其机制。

通过计算和XPS分析，证实了MoS_x中介诱导形成电子不足的Auδ+位点。

图5：展示了通过调节Au共催化剂的电子结构来降低Au-Oads的反键轨道占据以增强Au-Oads键。

通过计算和COHP分析，展示了电子不足的Auδ+位点增强了O₂的吸附能力。

图6：展示了光生电子从TiO₂到MoS_x-Au共催化剂的转移机制和动力学。

通过KPFM和fs-TAS分析，证实了MoS_x-Au共催化剂作为有效平台，促进了光生电子的快速转移和富集。

总结展望：

本研究通过电子结构调控策略，显著提高了Au共催化剂在光催化H₂O₂合成中的效率。

通过引入MoS_x中介，形成了电子不足的Auδ+位点，有效增强了O₂的吸附能力，并实现了高达30.44 mmol g⁻¹ h⁻¹的H₂O₂产率，这一成果为人工光合作用中催化表面电子结构的理性设计提供了新的视角。

此外，TiO₂/MoSx-Au复合催化剂的优异性能和稳定性，为其在能源和环境领域的应用提供了广阔的前景。

文献信息：

标题：Enhancing photocatalytic H2O2 production with Au co-catalysts through electronic structure modification

期刊：Nature Communications

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