Single Atoms in Photocatalysis: Low Loading Is Good Enough!

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作者
Shanshan Qin,Johannes Will,Hyesung Kim,Nikita Denisov,Simon Carl,Erdmann Spiecker,Patrik Schmuki
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (2): 1209-1214 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c02801
摘要

We disperse Pt single atoms (SAs) with different loading densities on anatase TiO2 thin films and evaluate the photocatalytic H2 generation as a function of the incident light intensity. We show that under common illumination intensities (such as terrestrial solar illumination), a minuscule Pt SA loading of ∼105 atoms μm–2 (surface Pt content ∼0.1 at.%) is sufficient to achieve a maximized H2 production rate. This results in a maximum turnover frequency at a single Pt atom site of ∼300 H2 molecules s–1. For a vast majority of illumination conditions and a suitable surface configuration, it is not the density of co-catalytic sites that is rate-determining (a high loading is not needed!), but the charge carrier generation (and flux of photoelectrons to the co-catalytic centers) determines the overall reaction rate. This is in stark contrast to SA catalysis of classic chemical reactions where generally a maximum loading of reactive SA delivers a maximum activity.
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