Single-atom and Cluster Photocatalysis： Competition and Cooperation

doi:10.7503/cjcu20220312

Abstract

Abstract:

Photocatalytic technology has been considered as a promising and sustainable technology to convert solar energy to storable chemical energy. With active sites（single metal atoms and clusters） atomically dispersed on the semiconductor， the mass and charge transfer in photocatalysis can be significantly promoted， and the photocatalytic performance can be remarkably improved. However， it is still controversial whether clusters or single-atoms are the real active sites in catalysts. In this review， the recent advances in single-atom photocatalysis are briefly introduced， with the competition and synergy of single-atoms and clusters analyzed and discussed. Then， the state-of-the-art technologies in the identification and characterization of single-atoms and clusters as photocatalytic active sites are presented. Finally， the future development of single-atoms/clusters synergistic photocatalysis in solar-chemical energy conversions such as water splitting and CO₂ reduction is prospected.

Key words: Single-atom catalyst, Cluster, Photocatalysis

CLC Number:

O643

TrendMD:

LIN Zhi, PENG Zhiming, HE Weiqing, SHEN Shaohua. Single-atom and Cluster Photocatalysis： Competition and Cooperation[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220312.

Figures/Tables 7

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Photocatalyst	Hydrogen evolution rate	Light source	Sacrificial agent	Ref.
Pt/TiO₂	52.72 mmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>400 nm	20%（volume fraction） CH₃OH	［24］
Pt/CdS	47.41 mmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	20%（mass fraction） lactic acid	［25］
CdS@CDs/Pt	45.5 mmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp	Na₂S/Na₂SO₃	［26］
Pt/MOF（Al?TCPP）	129 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>380 nm	5%（volume fraction） TEOA	［27］
Pt/MOF（HNTM）	201.9 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>400 nm	8%（volume fraction） TEOA	［28］
Pt/MOF（MNSs）	11320 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	0.1 mol/L Ascorbic acid	［29］
Co?CCN/PTI	3538 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	10%（volume fraction） TEOA	［45］
Pt₁/C₃N₄	604.9 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>400 nm	10%（volume fraction） TEOA	［49］
Pt/TpPa?1?COF	719 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>380 nm	Ascorbic acid	［50］
Ni/SrTiO₃（Al）	498 μmol·g^-1·h^-1	280 W Xe lamp	—	［51］
Ni/ZnIn₂S₄	4220 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	10%（volume fraction） TEOA	［52］
Ni?S/MOF	1360 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>380 nm	20%（volume fraction） TEOA	［53］
Pd₁/C₃N₄	6688 μmol·g^-1·h^-1	Solar simulator	10%（volume fraction） TEOA	［54］
Co₁?PCN	216 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp AM 1.5G	10%（volume fraction） TEOA	［55］
CN?0.2Ni?HO	354.9 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp	10%（volume fraction） TEOA	［56］
PCNNi?3	26.6 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	—	［57］
Co₁P?PCN	410.3 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>300 nm	—	［58］

Photocatalyst	Hydrogen evolution rate	Light source	Sacrificial agent	Ref.
Pt/TiO₂	52.72 mmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>400 nm	20%（volume fraction） CH₃OH	［24］
Pt/CdS	47.41 mmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	20%（mass fraction） lactic acid	［25］
CdS@CDs/Pt	45.5 mmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp	Na₂S/Na₂SO₃	［26］
Pt/MOF（Al?TCPP）	129 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>380 nm	5%（volume fraction） TEOA	［27］
Pt/MOF（HNTM）	201.9 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>400 nm	8%（volume fraction） TEOA	［28］
Pt/MOF（MNSs）	11320 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	0.1 mol/L Ascorbic acid	［29］
Co?CCN/PTI	3538 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	10%（volume fraction） TEOA	［45］
Pt₁/C₃N₄	604.9 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>400 nm	10%（volume fraction） TEOA	［49］
Pt/TpPa?1?COF	719 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>380 nm	Ascorbic acid	［50］
Ni/SrTiO₃（Al）	498 μmol·g^-1·h^-1	280 W Xe lamp	—	［51］
Ni/ZnIn₂S₄	4220 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	10%（volume fraction） TEOA	［52］
Ni?S/MOF	1360 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>380 nm	20%（volume fraction） TEOA	［53］
Pd₁/C₃N₄	6688 μmol·g^-1·h^-1	Solar simulator	10%（volume fraction） TEOA	［54］
Co₁?PCN	216 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp AM 1.5G	10%（volume fraction） TEOA	［55］
CN?0.2Ni?HO	354.9 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp	10%（volume fraction） TEOA	［56］
PCNNi?3	26.6 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>420 nm	—	［57］
Co₁P?PCN	410.3 μmol·g^-1·h^-1	300 W Xe lamp λ>300 nm	—	［58］

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