图 氧化铝原子层沉积修饰Rh助催化剂的低配位位点抑制光催化分解水逆反应
在国家自然科学基金项目（批准号：22088102）等资助下，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队在纳米颗粒光催化完全分解水制氢的逆反应（氢气和氧气复合生成水的反应）研究方面取得进展，确认光催化完全分解水逆反应发生于低配位活性位点，并利用原子层沉积技术精准定点修饰抑制逆反应，从而大幅提升了光催化完全分解水的性能。研究成果以“氧化铝修饰抑制Rh/GaN–ZnO光催化剂完全分解水逆反应（Blocking the reverse reactions of overall water splitting on a Rh/GaN–ZnO photocatalyst modified with Al2O3）”为题，于2023年1月13日在线发表于《自然•催化》（Nature Catalysis）期刊上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-022-00907-y。
太阳能光催化完全分解水制氢不仅具有重要的应用背景，更是基础科学领域的前沿课题。其中，光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应是该领域长期未解决的重要问题。逆反应的存在使得完全分解水光催化体系的效率很低，甚至无法实现分解水反应，是光催化完全分解水的“最后一公里”。
针对光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应问题，该团队通过原子层沉积（ALD）技术将氧化铝（Al2O3）沉积到Rh/GaN-ZnO光催化剂反应中心，可以使逆反应降低90%，显著提升光催化全分解水的活性（图）。光谱表征与理论模拟证明，Rh表面的低配位点是氢氧逆反应的主要反应位点，Al2O3主要沉积在这些低配位点上，有效阻断了氢氧逆反应的发生，从而将Rh/GaN-ZnO上可见光催化完全分解水的量子效率从0.3%提升至7.1%。这种通过ALD选择性沉积氧化物的策略还适用于其他贵金属助催化剂。
该工作明确了光催化完全分解水中氢氧逆反应的活性位点和机制，并为解决光催化完全分解水领域这一挑战性问题提供了普适性策略。