水分解是氢气的重要来源，氢气是未来清洁和可再生能源的重要载体。详细阐明用于水分解制氢的负载型金属原子或纳米颗粒催化剂的机理，对于改进高效催化剂的设计至关重要。

近日，鲁汶大学Gao-Lei Hou，Ewald Janssens，西安交通大学Tao Yang报道了激光蒸发法合成了一种C₆₀V⁺配合物，并研究了V 单原子催化剂（SAC）的性质，其中C₆₀作为碳基载体。

文章要点

1）研究人员用红外多光子解离光谱表征了该反应的初始配合物C₆₀V⁺(H₂O)和最终产物C₆₀VO⁺，并结合密度泛函理论（DFT）计算，研究了它们的结构。此外，探讨了C₆₀V⁺用于水分解的详细反应机理，发现了明显的载体效应，与没有C₆₀的相同反应相比，C₆₀载体降低了V⁺分解水的反应势垒。

2）NBO部分电荷和轨道相互作用分析表明，由于存在从C₆₀载体到V的电荷转移，反应势垒降低，水的第一个转移氢与金属中心之间的轨道重叠延伸到C₆₀的一个碳原子。电荷转移和轨道重叠都起到了稳定过渡态的作用，从而降低了它与初始复合体的能量差（降低了能垒）。

本工作揭示了碳载体在催化水分解反应中的重要作用，有助于促进人们理解多孔碳材料基单原子催化剂的催化性能。

参考文献

Gao-Lei Hou, et al, Water Splitting by C₆₀-Supported Vanadium Single Atoms, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202112398

https://doi.org/10.1002/anie.202112398