Facet-Regulating Local Coordination of Dual-Atom Cocatalyzed TiO2 for Photocatalytic Water Splitting

光催化 双金属片 分解水 光化学 催化作用 Atom(片上系统) 化学 吸附 材料科学 纳米技术 结晶学 物理化学 计算机科学 生物化学 嵌入式系统
作者
Tingcha Wei,Peijia Ding,Tao Wang,Limin Liu,Xiaoqiang An,Xuelian Yu
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:11 (23): 14669-14676 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c03703
摘要

Bi- or multimetallic catalytic sites exhibit particularly high catalytic activities in contrast to regular single-atom catalysts. Until recently, it has remained a great challenge to precisely regulate the electronic coupling between neighboring atomically dispersed atoms. Herein, we experimentally demonstrated that the coordination environment of PtAu dual atoms could be facilely regulated by engineering the exposed facets of TiO2 supports. Due to the metal–support interactions originated from coordinatively unsaturated sites, atomic cocatalysts were anchored onto {001}-TiO2 through Pt–O and Au–O bonds, while {101}-TiO2 was preferential for Pt–O and Au nanoparticles. The dual-atom cocatalyzed PtAu/{001}-TiO2 presented a 1000-fold increase in the H2 evolution rate compared to blank {001}-TiO2, which was even 4 times higher than PtAu/{101}-TiO2. The enhancement mechanism relies on the synergy of PtAu dual-atom cocatalysts, which can mutually optimize the electronic states of both Pt and Au sites to decrease the Gibbs free energies of hydrogen adsorption. Particularly, the Pt atom is activated by the Au atom and the activity of catalysts is further enhanced through the dimer interaction. The strategy of neighboring interactive bimetallic sites provides emerging opportunities for the rational design of high-performance catalysts with atomically engineered electronic states.
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