原子级共催化剂在改善光催化活性中展现了非常有效的提升，目前大量分布元素的原子级共催化剂制备依然具有一定难度。昆士兰大学罗彬、王连洲等报道在TiO₂中通过摩尔盐方法（molten salt method, MSM）修饰单原子Ni，实现了对TiO₂上修饰单原子Ni催化剂。这种Ni单原子结构是由摩尔盐方法通过液相反应和限域作用引起的，摩尔盐中的强极性环境导致了生成Ni-O键。作者发现，Ni单原子有助于界面上产生氧空穴，并且生成的结构有助于电荷转移过程和分解水性能。通过Ni单原子结构和氧空穴结构的共同作用，实现了4倍分解水性能提高。

文章要点：

（1）合成方法。将TiO₂纳米粒子、NiCl₂ ·6H₂O、混合盐（LiCl和KCl）混合均匀，在N₂环境中加热到500 ℃并保持2 h。在盐的熔化温度（350 ℃）中，NiCl₂实现了均匀分布在液相混合盐中，由于盐的强极性，导致TiO₂界面上表现为亚稳定状态，界面上的O容易和Ni²⁺反应，生成Ni-O键。降温后，通过清洗除去LiCl, KCl和未反应的NiCl₂。

（2）通过XANES测试，发现键长分析中体现了0.156 nm长度的Ni-O成键，通过EXAFS对材料进行表征，发现Ni以氧化态形式存在。反应中生成的氧空穴提高了催化剂的导电性，通过Mott-Schottky (MS)显示电子密度提高了5倍。这种提升的导电性同样提高了载流子运输性能。通过计算发现，材料中的氧空穴改善了分解水的过渡态活化能（Ni负载的活化能为0.28 eV，TiO₂表面氧空穴材料对应的活化能为-0.41 eV，未处理的TiO₂对应的活化能为1.02 eV）。Ni负载量为0.46 %的TiO₂材料有最高的光催化活性。

参考文献

Mu Xiao, Lei Zhang, Bin Luo*, Miaoqiang Lyu, Zhiliang Wang, Hengming Huang, Songcan Wang, Aijun Du, Lianzhou Wang*

Molten‐Salt‐Mediated Synthesis of an Atomic Nickel Co‐catalyst on TiO₂ for Improved Photocatalytic H₂ Evolution

Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 

DOI：10.1002/anie.202001148

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202001148

作者介绍

王连洲，现为澳大利亚昆士兰大学化工学院教授，纳米材料研究中心主任，澳大利亚生物工程与纳米科技研究所（AIBN）兼职课题组长。主要从事功能纳米材料和纳米器件研发及其在清洁能源转换领域的应用研究, 包括纳米光催化材料，新一代太阳能电池，及新型充电电池等。在诸多国际期刊包括Chem Rev. Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., J. Am.Chem. Soc, Angew. Chem. 等发表论文220余篇，专著章节9部，申请专利12项。

罗彬，2013年于中国科学院大学国家纳米科学中心获博士学位，2014年前往澳大利亚昆士兰大学从事博士后研究工作，现为昆士兰大学澳大利亚国家研究基金理事会青年研究员(ARC DECRA Fellow)，主要从事功能纳米材料的可控制备及其在储能领域的应用。迄今为止在重点国际期刊如Advanced Materials, Energy & Environmental Science, Nano Energy等发表学术论文60余篇，其中11篇论文入选ESI高引论文，学术论文总引用次数达3000余次；已授权国家发明专利13项。曾获得中国科学院优秀博士学位论文奖,中国科学院院长优秀奖，北京市科学技术奖等多个荣誉奖项。