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寻找和开发替代传统化石燃料的清洁能源是全面推动我国能源低碳化和零碳化、实现能源-经济-环境可持续发展的基石,光解水制氢作为未来最为理想的能源利用与储存方式,受到国内外科研工作者的广泛关注。在太阳能光解水制备氢气领域中,铂(Pt)元素是高效产氢活性位的重要组成之一,然而,通过对产氢活性位结构的精确调控来获取高性能光催化材料,仍是清洁能源领域的一个重大挑战。近期,我们借助高分子配体作为价态控制剂,成功实现了新型助催化剂：一氧化铂(PtO)在主催化材料表面的担载及微观结构调控,借助同步辐射高分辨硬X射线吸收谱等技术深入分析了催化材料的多尺度微观结构和原子键合等信息,并通过对氢气氧化反应和光解水制氢等相关性能的系统评价,结合第一性原理计算及相关热力学分析,阐明了该PtO团簇在有效抑制氢气氧化以及高效催化分解水产氢方面的作用机理,创新性地提出了一种可单向抑制氢气氧化反应的新策略,实现了光解水制氢机理研究方面的重大突破[1]。此外,通过在主催化材料表面控制担载具有不同晶粒大小的Pt 纳米颗粒,以及具有不同价态Pt 的铂氧化物(PtOx)等助催化剂,系统探索了助催化剂的晶粒尺寸及其价态对催化剂光解水产氢效率的影响规律,发现了材料的光催化制氢性能与助催化剂的价态之间存在相应的构效关系,而与助催化剂的晶粒大小没有明显的内在联系[2]。另外,我们采用简单、易操作的一步合成法,实现了多种贵金属单原子(Pt,Pd,Rh和Ru)在主催化材料表面的稳定负载,进一步从实验上验证了贵金属单原子在光解水产氢方面所具备的高稳定性和高催化活性,并结合理论计算阐明了单原子构型及其稳定性[3]。最后,通过理论与实验相结合,发现传统的金属态Pt的存在对光解水产氢活性并无影响,因此金属态Pt并不能催化产氢反应,而氧化态的Ptδ+才是真正的催化活性中心[4]。这一系列的研究成果为今后其它高效光催化剂材料的性能提升以及相关催化产氢机理提供了重要探索途径及应用基础,在解决能源危机和环境污染问题方面起到促进作用。