Chao Gao et al. Heterogeneous Single-Atom Photocatalysts: Fundamentals and Applications. Chem. Rev., 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00840

3. Nature Catalysis綜述: 加州大學伯克利分校楊培東總結生物/半導體協同光催化合成

光催化在自然體系中是非常重要的過程，地球上的各類生物就是通過吸收太陽光產生的，通過吸收和轉化太陽能光是解決能源危機的重要方法。目前通過太陽光轉變為電能的方法中光伏得以實現應用，但是通過生成高附加值的化學品將太陽能儲存在化學鍵中還未達到實際應用的要求。化學研究者通過模擬自然過程中的光催化過程，同故宮半導體納米材料實現了光催化反應（分解水，CO2轉化等）。無機半導體材料穩定性較好，不會發生光降解，在光領域得到了很好的發展，比如商業化的硅基半導體材料實現了20 %的光-電轉換效率，光伏部件和分解水部件的複合體系中提供的電能展現了10~12 %的水分解效率。生物有機體在環境變化過程中會發生變化，但是通過將半導體和生物體系進行結合得到了發展和應用。

加州大學伯克利分校的楊培東綜述報道了利用半導體/生物複合體系實現利用光能量將N2，H2O，CO2等轉化為高附加值化學品（value-added chemical）的體系和方法。對親電有機生物體（electrotrophic organism）與光電極的複合作用進行總結。詳細闡述了光敏微生物機制在光催化過程中的動態變化過程，並對電荷轉移機理和細胞保護機制的發展進行研究。最後，作者對生物光催化體系的發展趨勢和改善方法進行總結和展望。

本文要點：

1）光電化學半導體/生物複合結構（Photoelectrochemical semiconductor biohybrids）

目前的無機材料基催化體系中能夠對CO2進行轉化，但是這些反應中產物一般為CO或者甲酸，並且選擇性較差，法拉第效率很低。生物有機體中通過酶能夠實現將CO2通過轉化並實現非常高的反應選擇性，這是由於酶結構催化位點具有疏水結構並能通過立體位阻效應影響產物的選擇性。並且，未飽和配位的氨基酸能夠穩定中間體，並改善電子和氫的轉移過程。酶結構對環境展現了獨特的反應能力，通常生物體中酶通過和其他蛋白質配合，體現協同作用。因此，將生物酶結合到光電極上可能展現非常好的效果。通常，細胞中的生物酶結合能夠通過複製和自愈作用提高穩定性。卵原性產乙酸菌（acetogen Sporomusa ovata）被負載到石墨電極上生成乙酸，並通過優化電極結構、形貌，優化乙酸菌的濃度並進行修飾，改善了反應活性。巴氏甲烷菌（Methanosarcina barkeri）被用於和Pt基、Ni基電極配合，將CO2轉化為CH4，法拉第效率高達81 %，電流密度為-0.29 mA/cm2（Proc. Natl. Acad. Sci. 2015，112, 11461–11466）。此外，Ralstonia eutropha（富營養小球藻）、Xanthobacter autotrophicus（自養黃桿菌）等也被應用於無機半導體/生物複合催化體系中。

2）全細胞光敏化體系（Whole-cell photosensitization）

藍細胞（Cyanobacteria）被用於將CO2轉化為碳氫化合物，並且其能夠在吸收光的同時作為CO2催化位點。通過將藍細菌類囊體膜（cyanobacteria thylakoid membranes）上負載Pt納米粒子，並將其和PSI、PSII體系結合，成功實現了光催化分解水生成H2。有研究實現了通過將固氮酶（nitrogenase）和CdS結合，實現了將N2還原生成NH3。但是這種將全細胞體系和納米粒子的結合體系中容易被降解，穩定性較差。莫雷利亞熱乙酸（Moorella thermoacetica）（非光活性細胞）和CdS配合實現將CO2轉化為多碳乙酸。pal紅假單胞菌（Rhodopseudomas palustris）和CdS複合結構被開發實現了自身光敏化能力，並提高了的生成C2+物種的能力，比自然結構的性能更高（光催化性能提高值1.67 %）（Nanoscale, 2019, 11, 9296–9301.）。反硝化硫桿菌（Thiobacillus denitrificans）通過和CdS配合，實現了在光催化條件下將NO3-還原為N2O。除了CdS，其他無機半導體材料也被應用於光催化體系中，比如Au納米簇，InP納米粒子，CdSe，Cu2ZnSnS4等複合納米材料。總之，通過將不同的細胞與無機半導體材料配合，實現了生成乙酸、PHB、H2、甲酸、丙醇、己糖、丁二醇等物種。

3）電荷轉移過程（Charge transfer）

通過細胞/無機半導體複合體系，實現了對生物/無機材料界面上電荷傳輸的光譜學研究（瞬態吸收光譜TA、時間分辨紅外光譜TRIR）。

4）細胞保護策略（Cytoprotection）

細胞體系通過組裝到MOF材料、水凝膠（hydrogel）中實現了對細胞結構的保護。

Stefano Cestellos-Blanco; Hao Zhang; Ji Min Kim; Yue-xiao Shen; Peidong Yang*

Photosynthetic semiconductor biohybrids for solar-driven biocatalysis

Nature Catalysis, 2020, 3, 245–255. DOI: 10.1038/s41929-020-0428-y

4. ACS Catal：加州大學洛杉磯分校報道TiO2(101)CO2光電催化還原反應理論計算研究

化石燃料產生的CO2大量釋放到大氣環境中是導致全球變暖和環境變化的重要原因。為了降低大氣氣氛中的CO2，一個重要的可行方法是將CO2通過光電催化過程轉化為功能型小分子，這種策略有希望實現零碳排放過程。通過大量的關於CO2還原反應，多種功能性分子被得到，如CO、甲酸、甲烷、甲醇等。光催化CO2轉化反應效率較低，與電催化反應相比，能量轉化效率只佔3.8 %（Int. J. Hydrog. Energy 2015, 40, 11094–11111.），這是因為光催化過程中的光生電荷效率、產物分解、導帶位置難以達到還原CO2的能力。因此，光電催化CO2轉化變得越來越重要。Halmann率先報道了利用p型半導體GaP用於光電催化還原CO2（Nature 1978, 275, 115–116.）。Barton通過p型GaP實現了接近100 %法拉第效率的CO2轉化（J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6342–6344.）。隨後人們開發了InP-TiO2體系（Nano Lett. 2015, 15, 6177–6181.），Au-Si體系（Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601103.）在CO2光電催化反應中的應用。在這些光電催化反應中，CO、甲酸、甲醇是主要產物。

美國加州大學洛杉磯分校的Anastassia N. Alexandrova和華東理工大學、美國南加州大學的研究者合作發表了在銳鈦礦相TiO2 (101)光電極上CO2還原反應。通過密度泛函理論，作者研究了在缺陷態TiO2 （101）晶面上液相（溶劑-催化體界面）和氣相（電極-催化劑界面）中的CO2還原反應機理，發現液相界面和氣相界面上的催化機理有所不同。作者從電子學角度和反應機理角度解釋了在電解質存在的時候甲醇作為反應主要產物的原因，並且解釋了反應電壓是由反應過程和物質的擴散過程共同決定的。對真空/催化劑、溶劑/催化劑、電解質/催化劑幾種界面的吸附和反應過程進行了系統性研究和對比。

本文要點：

1）銳鈦礦TiO2(101)晶面上的電荷分佈情況。對TiO2界面上電子各種組分的性質進行了研究。發現界面上的Ti比體相中的Ti具有更高的還原性，同時對吸附過程有優勢。將溶劑引入體系中，建立了電勢和Z值、雙電層之間的關係。

2）溶劑-催化劑界面上的吸附、反應過程。計算了完美界面、缺陷態界面TiO2界面各種反應物、產物的吸附能。發現溶劑從電子作用角度上減弱了吸附能力，溶劑作用體系中CO2物種不在TiO2界面上吸附。

相對於真空/催化劑體系，CO更容易在溶劑/催化劑界面上吸附。

在真空/催化劑體系中，生成CH4的過程根據CO2 ® CO* ® CHO* ® CH2O* ® CH3O* ® CH4進行。在溶劑/催化劑體系中，生成甲醇的過程比生成CH4更有優勢，反應通過CO* ® CHO* ® CH2O* ® CH2OH* ® CH3OH* ® CH3OH進行。

Ji-Yuan Liu; Xue-Qing Gong; Ruoxi Li; Haotian Shi; Stephen B. Cronin; Anastassia N. Alexandrova*

(Photo)Electrocatalytic CO2 Reduction at the Defective Anatase TiO2 (101) Surface

ACS Catal. 2020, 10, XXX, 4048-4058, DOI: 10.1021/acscatal.0c00947

5. Chem. Mater.: 浙江師範大學報道CsPbBr3/Ni(terpy)複合催化劑在CO2光催化轉化反應中的應用

使用光催化劑將CO2轉化為化學燃料是解決氣候和能源危機的可行方案。金屬有機複合物是非常好的CO2還原催化劑，因為他們具備可控的催化活性位點和高反應活性。通過將金屬有機複合物和有機光敏劑結合，從而體現協同催化作用，是一種建立新型可見光催化體系的策略。大多數的有機光敏劑具有貴金屬離子，而且合成步驟複雜（比如Ir(ppy)3, Ru(bpy)3等），因此大量應用這種催化劑被限制住了。鹵化物鈣鈦礦納米粒子（Halide perovskite nanocrystals (NCs)）被認為是一種具有廣大前景的吸光材料，價格低廉、具有豐富的活性位點、摩爾消光係數較大，因此有可能替代有機光敏劑。

浙江師範大學的李正全、王靳和中國科學技術大學、日本電氣通信大學、德國德累斯頓大學的合作研究人員

使用[Ni(terpy)2]2+ (Ni(tpy))修飾在CsPbBr3納米粒子的表面，合成了複合催化劑並探索了其在光催化CO2轉化反應中的應用。CsPbBr3具有低非輻射覆合速率、可調控的化學組分和化學結構。該複合體系展現了以下優勢：鈣鈦礦界面上具有大量的結合位點、將金屬複合物修飾在鈣鈦礦納米粒子表面能夠提升催化活性速率、金屬複合物可以作為電子匯聚位點（electron sink）能夠實現多電子催化反應過程（這個作用對於CO2還原這種多電子催化還原過程及其重要）。

本文要點：

1）這種複合催化劑體系中通過Ni(tpy)作為催化活性位點和電子聚集位點，從而降低電子-空穴的複合。這種催化體系中在CO2還原生成為CO/CH4的反應中實現了高催化反應速率（1724 μmol/g），該反應速率是本徵CsPbBr3光催化活性的26倍。該方法通過將鈣鈦礦表面修飾金屬配合物實現了增強的光催化活性。

通過Cs2CO3、油胺、十八碳烯合成了Cs-油胺前體。通過NH4PF6乙醇溶液和CsPbBr3混合攪拌，生成PF6修飾的CsPbBr3。隨後將生成的PF6-CsPbBr3和Ni(tpy)攪拌，通過表面配體交換策略生成CsPbBr3-Ni(tpy)複合催化劑。

2）

使用時間分辨熒光光譜（time-resolved fluorescence decay (TRPL)）、瞬態吸收光譜（transient absorption (TA)）方法對電荷傳輸動力學進行研究。

通過將CsPbBr3界面上修飾Ni(tpy)，發現時間分辨熒光光譜 (TRPL) 中熒光衰減壽命降低，由47.3 ns降低為5.3 ns。納米粒子中體現了兩種熒光壽命：分別對應於能帶對應的電子-空穴複合（τ1）和界面上的激子與表面態或電荷傳遞之間的複合（τ2）。CsPbBr3的熒光壽命較長（τ1= 52.5 ns， τ2=9.4 ns），Ni(tpy)修飾的CsPbBr3熒光壽命較低（τ1= 8.2 ns， τ2=1.7 ns）。

瞬態吸收光譜TA顯示了超快激發態衰減的過程，並且TA光譜的時間分辨能力更高。作者通過TA光譜法研究了電子傳遞動力學和光電催化活性關係。CsPbBr3需要470 nm的激發光激發，CsPbBr3-Ni(tpy)需要508 nm的激發光激發，通過界面修飾了Ni(tpy)，壽命從4337 ps降低至65.98 ps。光電流顯示，CsPbBr3-Ni(tpy)體系展現了60 %的光電流提高，結合CsPbBr3-Ni(tpy)中熒光壽命的降低，說明CsPbBr3-Ni(tpy)體系中具有更高的電荷分離能力。

通過13CO2標記法，實現了質譜測試反應生成物為13CH4和13CO。對CO2光催化反應進行了4次連續CO2反應，CH4和CO產物比例約為1：4。

Zhoujie Chen; Yangguang Hu; Jin Wang*; Qing Shen; Yaohong Zhang; Chao Ding; Yu Bai; Guocan Jiang; Zhengquan Li*; Nikolai Gaponik

Boosting Photocatalytic CO2 Reduction on CsPbBr3 Perovskite Nanocrystals by Immobilizing Metal Complexes

Chem. Mater. 2020, 32, 4, 1517-1525，DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b04582

6. Nature Chemistry: 普林斯頓大學David W. C. MacMillan報道Na4[W10O32]和CuCl2光-金屬雙催化CF3反應

在有機分子中加入CF3基團能夠顯著提高化合物的生物活性（滲透性、代謝穩定性、蛋白質結合親和力）。目前，開發對芳基和烷基合適的三氟甲基化反應過程目前仍然非常重要。目前發現Minisci反應已經在多個芳基C(sp2)-H反應中得以實現，但是該反應無法實現烷基C(sp3)-H鍵的C-CF3反應（烷基自由基穩定性差，難以反應）。金屬催化-光催化協同催化體系在多種催化反應體系中展現了非常高的反應活性，比如羧酸、醇等作為C(sp3)基偶聯試劑。在這類反應中，通過Ni催化自由基交叉偶聯反應實現了烷基的C-CF3反應。此外，人們發現Cu金屬在捕捉自由基上具有非常高的活性，而且對傳統上難以發生的還原消除反應同樣具有高反應活性。

普林斯頓大學的David W. C. MacMillan等報道了一種普遍可用的C-H鍵活化策略用於構架-CF3官能團。該方法中通過光催化過程中的鎢Na4[W10O32]和CuCl2配合，實現金屬催化-光催化協同催化過程。這種金屬催化-光還原（metallaphotoredox）策略實現了烷基C-H鍵以及苄基C-H鍵的活化，並轉化為C-CF3。該方法中使用的三氟甲基化試劑（Togni reagent）大量存在，方便可得。

本文要點：

1）反應在H2O/MeCN (9:1)溶劑中進行，加入1.2倍H2SO4和1.25倍Togni試劑，在室溫條件進行反應。

對烷基底物進行了拓展。發現該反應對5~7元氮雜環烷烴、鏈狀有機胺、剛性4元環烷烴都體現了反應兼容性（中等收率）。

對苄基底物進行了拓展。發現該反應對氮雜環、苄基取代（胺基取代、酯基取代）的有機分子都體現了兼容性（中等收率）。對利多卡因（Lidocaine）、普洛卡因（Prilocaine）、塞來昔布（Celecoxib）、香紫蘇內酯（Sclareolide）、加巴布丁（Gababutin）、託塞米德（Torsemide）等複雜分子都實現了低收率到中等收率。

2）反應機理研究

反應使用390 nm激發光實現了高活性的[W10O32]4-激發態，並通過HAT（抓氫反應）過程與反應物中的C-H鍵反應，生成還原態的H+[W10O32]5-。在CuCl2的催化作用下，生成了CuII-CF3中間體，隨後捕捉之前斷裂C-H後生成的烷基自由基，通過還原消除過程，生成CF3化的烷基產物。

對反應條件進行優化，嘗試了Cu之外的Lewis酸性金屬（Fe、Zn、Sc、Gd、Y、La、Eu、Hf）和低價態金屬（Ti3+、Cr2+、Mn2+、Co3+、Ni2+）都只能體現極低收率（< 3 %）。通過19F NMR監測到CuIII(CF3)x中間體物種。電子順磁共振方法測試了反應過程中的Cu價態變化情況。

Patrick J. Sarver; Vlad Bacauanu; Danielle M. Schultz; Daniel A. DiRocco; Yu-hong Lam; Edward C. Sherer; David W. C. MacMillan*

The merger of decatungstate and copper catalysis to enable aliphatic C( sp 3 )–H trifluoromethylation, Nat. Chem., 2020，DOI: 10.1038/s41557-020-0436-1

7. Angew：稀土鉺單原子催化劑可用於增強光催化CO2還原反應

由太陽能驅動將CO2（CO2RR）光催化還原為化學燃料是減少CO2排放並生產增值產品的可行途徑。然而，由於缺乏有效的催化劑，尤其是在純水系統中，低的催化效率和低的選擇性阻礙了光催化CO2RR的發展。為了應對這一場挑戰，清華大學王定勝，李亞棟院士和黑龍江大學王國鳳等人報告了一種新穎的原子限制和配位（ACC）策略，以製備在氮化碳納米管上負載具有可控分散密度的稀土鉺（Er）單原子（Er1/CN-NT）催化劑。

本文要點：

1） 提出了一種原子限制和配位策略，併成功合成具有可調鉺原子分散度的稀土單原子催化劑。該合成策略簡便易行，用途廣泛，可擴展到其他稀土單原子催化劑的合成，豐富了單原子催化劑的元素類型。

2） 實驗結果和原位XAFS以及DFT計算共同表明，鉺在原子級別上的均勻分散對光催化CO2RR優異性能有主要貢獻。

3） 首次發現稀土單原子光催化CO2RR特性，並提出稀土單原子催化劑的合成策略，拓寬了光催化劑的選擇，並促進了對稀土單原子催化的機理的理解和實際應用。

Dingsheng Wang, et al. Rare‐earth single erbium atoms for enhanced photocatalytic CO2 reduction reaction, Angew. Chem. 2020

DOI: 10.1002/ange.202003623

8. Nat. Commun.: 帶隙可調的二維gersiloxenes用於光催化析氫和CO2光還原為CO

石墨烯和類石墨烯二維材料的發現為光催化領域帶來了新的活力。半導體的帶隙工程是可使其更適合光催化和光電等特定應用的有效方法。實現對帶隙的控制有助於改善半導體材料的光吸收能力，從而改善光催化性能。近日，天津大學Wei Feng，Yiyu Feng等報道了可調帶隙的-H/-OH末端取代的二維siligenes（gersiloxenes），並研究了它的光催化性能。

本文要點：

1）作者對鈣，鍺和硅進行化學計量比的退火製備的無支撐Ca（Ge1-xSix）2合金進行拓撲化學轉變而合成了-H/-OH末端取代的無支撐二維siligenes，−H/−OH (Ge1−xSixH1−y(OH)y, x=0.1−0.9)，並命名為gersiloxenes。

2）實驗發現，所有的gersiloxenes都是直接能隙半導體，具有寬廣的光吸收範圍和合適的能帶位置，可在溫和條件下光驅動水還原為H2，並將CO2還原為CO。

3）具有最佳性能的gersiloxene光催化CO2還原生成CO的速率可達6.91 mmol g-1 h-1，並且在420 nm處具有最佳的表觀量子效率（AQE）5.95％。

該工作為光催化二維新材料的發現，研究和應用開闢新的道路。

Fulai Zhao, et al. Two-dimensional gersiloxenes with tunable bandgap for photocatalytic H2 evolution and CO2 photoreduction to CO. Nat. Commun. 2020,

DOI: 10.1038/s41467-020-15262-4

9. Solar RRL: 印度高哈蒂大學、CSIR-國家化學實驗室合作發表Cu-Ni雙金屬負載的TiO2在光催化水分解中的應用

雙金屬催化劑在光催化反應中展現了優於單金屬催化劑的活性。TiO2-CuO/NiO被用於在自然太陽光照射進行光催化反應（Int. J. Hydrogen Energy 2019, 45, 7517）。Ni(OH)2、Cu(OH)2通過簡單的共沉澱法負載在TiO2上的催化劑被合成，應用於LED照射下的甲醇溶液制氫（J. Phys. Chem. C 2011, 115, 4953.）。印度高哈蒂大學Saikia Pranjal、CSIR-國家化學實驗室Gopinath S. Chinnakonda合作發表了Cu-Ni雙金屬催化劑在分解水製備氫氣中的應用。

本文要點：

1）合成了一系列Cu-Ni雙金屬負載在P25型模型TiO2上的非貴金屬催化劑，實驗中發現1 %的金屬量具有最好的催化性能。將Cu(NO3)2和Ni(NO3)2溶解在水中，順次加入NaOH，N2H4。在水熱條件140 ℃加熱6小時得到CuNi雙金屬。將TiO2、Cu-Ni納米粒子分散在乙醇中，隨後在65 ℃加熱至乾燥。

2）該催化劑相對於無金屬負載時，在1個太陽光照射中實現了8~24倍的催化活性提升。當金屬催化劑為Cu:Ni=1:1且總負載量為1 %時，催化劑的催化活性最高（41.7 mmol/(h·g)）。催化活性的提高是通過提高光生電荷-空穴在界面上的分離和提高的光吸收能力實現的。VB價帶XPS測試發現了Cu-Ni雙金屬催化劑負載的TiO2改善了價帶結構。XPS測試發現複合催化劑產生了大量Ti3+和界面活化的O。

Bijoy Tudu; Naresh Nalajala; Pranjal Saikia*; Chinnakonda S. Gopinath*

Cu–Ni Bimetal Integrated TiO2 Thin Film for Enhanced Solar Hydrogen

Sol. RRL. DOI:10.1002/solr.201900557

10. 西安大略大學Ying Zheng和密歇根理工大學胡云行JMCA：合成用以熱光催化CO2還原的Ru/TiO2催化劑

利用太陽能進行光催化是將二氧化碳溫室氣體轉化為有價值的化合物一種重要的策略，其主要過程是CO2的光催化加氫。但是，迄今為止，其其光催化效率仍然比較低。近日，西安大略大學Ying Zheng和密歇根理工大學胡云行等人首先合成了Ru/TiO2光催化劑，然後通過引入熱能以增加光催化的驅動力，從而實現在固定床反應器中，有超過1 wt％的Ru/TiO2催化劑能夠有效地熱光催化還原CO2。即使在150 ℃的低溫和1個大氣壓下，通過弱日光照射下也可以實現CH4的高產率（1.72 mmolgcat-1h-1），而沒有光照射的時候，則沒有檢測到CH4。此產率比之前大多數研究結果高出兩個數量級，同時，是在強日光照射下最近報告的最大值的兩倍。此外，當溫度達到300 ℃的時候，CH4的產率增加到69.49 mmolgcat-1h-1，該產率是不進行光照射時的3倍。

本文要點：

1）研究人員首先將TiO2粉末在超聲波RuCl3的水溶液中浸漬，然後在200 ℃下，H2氛圍中煅燒和還原，製備了1 wt％的Ru/TiO2催化劑。XRD物相結果表明，Ru引入TiO2中不會產生新的物相。HRTEM以及元素圖譜結果表明，Ru/TiO2催化劑是由高分散的Ru顆粒和直徑約為25 nm的TiO2顆粒組成。

2）研究人員在各種溫度下以及光照條件下評估了Ru/TiO2 催化劑的CO2的光催化加氫。結果表明，熱能和光能在催化生產甲烷的過程中均起著重要作用，即它是一個熱光催化過程。熱光催化過程中甲烷的產率隨溫度的升高而增加，同時，光可以顯著提高CO2轉化率。

簡而言之，這項工作為使用太陽能轉化二氧化碳打開了新的大門。

Wang, Chunling, et al, Thermo-photo catalytic CO2 hydrogenation over Ru/TiO2, J. Mater. Chem. A, 2020

DOI: 10.1039/C9TA13275A

11. Angew.:用於電催化和光電催化的貴金屬氣凝膠的製備

氣凝膠是一類自支撐多孔材料，其可以由二氧化硅，聚合物，納米碳，半導體到金屬等組分組成。特別是對於最近出現的新興的貴金屬氣凝膠（NMA），它們具有自支撐結構，高比表面積，3D電子/質量轉移路徑以及眾多的光學/催化活性位點，使它們具有廣闊的應用前景。然而，自2009年首次發現以來，發展一直相對緩慢，這是由於貴金屬氣凝膠的製備面臨較大的挑戰。氣凝膠的常規制備路線為：溶液→溼凝膠→氣凝膠，其核心在於溶劑-凝膠步驟。大多數NMA都是按照這種方法創建的，可生產出具有不同骨架尺寸（即凝膠網絡中主要納米線的直徑），組成和微結構的多孔材料。然而，製備溼凝膠通常需要額外的添加劑（例如多巴胺，鹽，配體或氧化劑）或升高的溫度，從而引入各種雜質或形成微觀結構。另外，還經常遇到長的膠凝時間（長達數週）和繁瑣工藝步驟（例如超速離心），從而阻礙了材料的製備。

有鑑於此，德累斯頓工業大學的Alexander Eychmüller等人合作，通過利用貴金屬聚集體的長期反應性，冷凍促進的鹽析行為和冰模板，開發了一種凍融方法，能夠在一天之內製備出具有多級孔結構的貴金屬凝膠。

本文要點：

1）製備凝膠的過程中僅需溶液（Au，Pd，Rh，Au-Ag，Au-Pd，Au-Pt和Au-Rh，金屬鹽濃度cM≤0.5 mM），而無需引入額外的添加劑。

2）凝膠化機理是由冷凍時溶質濃度急劇增加所引起的鹽析效應所導致的，這在相應的MC模擬中得到了反映。

3）鑑於其多尺度的結構，以及組合的催化/光學特性，利用乙醇的電氧化法研究了Au-Pd和Au-Pt氣凝膠的內在電催化和光驅動光電催化性能。該貴金屬氣凝膠提供的電流密度比市售Pd/C催化劑高6.5倍。這可以歸因於Pd或Pt的催化活性，高電導率以及Au的等離子體吸收以及氣凝膠的分級多孔結構的組合。

總之，該工作為NMA的基礎研究和麵嚮應用的研究開闢了新的空間。而且，所提出的策略可能會為特殊應用製造高性能的貴金屬水凝膠，氣凝膠和泡沫提供新的思路。

參考文獻：

Ran Du et al. Freeze‐Thaw‐Promoted Fabrication of Clean and Hierarchically‐Structured Noble Metal Gels for Electrocatalysis and Photoelectrocatalysis. Angew., 2020.

DOI: 10.1002/anie.201916484

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關鍵字: 前沿 加州大學伯克利分校 光催化

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