天津理工张志明Angew.：共溶策略实现高效单原子催化CO2光还原！

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研究内容

太阳能驱动的二氧化碳（CO2）还原为增值化学品和燃料是解决环境问题和能源危机的最有希望的解决方案之一。到目前为止，在过去几十年中，合理设计和合成了大量的CO2光还原高效催化剂，尤其是贵金属基非均相催化剂。多金属氧化物（POM）是一类具有明确结构的纳米尺寸分子簇，由边角共享的{MO6}金属氧代八面体组成，可用于CO2光还原。

天津理工大学张志明教授课题组探索了一种共溶策略，通过将[PtV9O28]7-溶解到[V10O28]6-水溶液中，将单分散的Pt中心嵌入V2O5载体中。Pt-V2O5单原子位点催化剂的CH4产率为247.6 μmol g-1 h-1，比V2O5载体上的Pt纳米颗粒高25倍，还伴随着乳酸光氧化生成丙酮酸。相关工作以“Co-Dissolved Isostructural Polyoxovanadates to Construct Single-Atom-Site Catalysts for Efficient CO2 Photoreduction”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.通过取代一个V中心将分离的Pt中心并入V10簇中以构建同构PtV9簇，以确保VO壳层完全分离Pt中心。PtV9和V10中的V中心通过煅烧过程转化为V2O5，以稳定Pt阳离子。协同策略可以实现Pt中心的双重分离可以有效地防止高温转化过程中Pt中心的团聚，实现[PtV9O28]7-中Pt的100%利用。

要点2.PtV2O5 SAC单原子位点催化剂表现出CO2光还原的高性能，CH4产率为247.6μmol g-1 h-1，比V2O5载体上的Pt纳米颗粒高25倍，这伴随着乳酸光氧化生成丙酮酸。

要点3.像差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和系统的X射线吸收精细结构分析鉴定SAC中Pt位点的结构。研究表明，Pt-O原子对的协同作用在有效的CO2光还原中发挥了重要作用。

该工作不仅突出了一种新的共溶策略，以构建具有高Pt利用效率的SAC，而且还提供了结构-活性相关性，以揭示催化中的原子对协同作用。

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研究图文

图1. Pt-V2O5 SAC合成示意图。

图2.（a）Pt-V2O5-4的SEM、（b）TEM、（c）HAADF-STEM和相关EDS元素图像，（d，e）Pt-V2O5-4的HRTEM图像，（f）Pt-V2O5-4的STEM图像，显示了由红色圈圈出的单原子Pt中心。

图3.（a）CH4和（b）CO产率作为Pt-V2O5作为催化剂的照射时间的函数，每个反应重复三次，以确保可靠性，（c）Pt-V2O5和对照样品的CH4和CO产率，（d）在12 h内用Pt-V2O5-4作为催化剂进行CO2光还原的循环实验。

图4.（a）Pt-V2O5-4作为催化剂的13CO2同位素标记实验中产生的产物的质谱，（b）瞬态光电流响应，（c）V2O5和Pt-V2O5-5的EIS Nyquist图，（d）在500 nm激发的V2O5与Pt-V2O5的PL光谱。

图5. Pt-V2O5 SAC上的COOH*（a）和HCOO*（b）的结构（侧视图和俯视图），（c）Pt-V2O5-4上CO2光还原的原位FT-IR光谱，（d）Pt-V2O5作为催化剂的CO2光还原自由能图。

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文献详情

C o-Dissolved Isostructural Polyoxovanadates to Construct Single-Atom-Site Catalysts f or Efficient CO2 Photoreduction

Yu-Jie Wang, Gui-Lin Zhuang, Jiang-Wei Zhang, Fang Luo, Xin Cheng, Fu-Li Sun, ShanShan Fu, Tong-Bu Lu, Zhi-Ming Zhang*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202216592

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作者简介

张志明，天津理工大学教授、博士生导师，国家优青、天津市杰青、天津市特聘教授。分别于2005与2010年在东北师范大学获得学士和博士学位。学位论文获吉林省优秀博士学位论文，全国百篇优秀博士学位论文提名。2013–2015年在厦门大学—能源材料化学协同创新中心任iChEM Fellow，期间在芝加哥大学开展访问研究。2016年依托“理工学者百人计划”人才引进项目加入天津理工大学。

主要从事团簇、催化剂@光敏剂复合催化体系的控制合成与光/电催化应用基础研究。共计发表SCI论文120余篇，被引用6000余次，10篇入选ESI高被引论文，授权发明专利4项。先后主持国家自然科学基金优青、面上、青年、天津市杰青等项目10余项；入选天津青年创新能手、天津市“131”创新型人才培养工程、英国皇家化学会（RSC）Top 1%高被引中国作者、获教育部自然科学一等奖（7/7）、吉林自然科学学术成果一等奖（2/6）等奖励。担任中国晶体学会、中国感光学会青年工作委员会委员，Nano Res、Smartmat、Current Catal.、Chin. Chem. Lett.、《应用化学》等杂志编委与青年编委。

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