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單原子光催化劑的合成、表征及在環境與能源領域的應用
關鍵詞：單原子 光催化劑 環境 污染物降解 能源
摘要：綠色清潔的光催化技術可降解污染物、生產能源,是解決環境與能源問題的重要手段,但限于光催化材料成本及效率方面,難以實現大規模應用。近年來單原子光催化劑的誕生和發展為這一領域注入了新的活力,其合成、表征及應用的相關研究成為材料、化學、環境、能源等諸多領域的熱點。與傳統負載型光催化劑相比,單原子光催化劑表面的金屬粒子的分散度達到原子尺寸,可呈現更高的催化活性和選擇性,但對合成策略、表征技術和應用途徑提出了更高的挑戰:合成方面的主要障礙在于金屬單原子的高表面能導致合成過程中的失穩團聚而喪失其單原子形態;傳統的表征技術也缺乏對單原子形貌、結構及化學環境的解析能力;目前對單原子光催化劑的應用研究多為傳統研究領域的延伸,未能充分利用單原子的功能特性。這些問題成為制約其發展的關鍵,也是該領域的研究熱點。國內外學者在單原子光催化材料合成、表征和應用領域做出了巨大努力,并取得了豐碩成果:(1)合成方面,針對單原子表面能高、易團聚的問題,改進了液相合成法、原子層沉積法等傳統合成策略,引進了新的高溫裂解、火焰噴霧、靜電自組裝等技術;(2)表征方面,先進的原子尺度分析技術如球差校正高分辨透射電鏡(HAADF-STEM)、X射線吸收精細結構譜(XAFs)等以及密度泛函理論(DFT)的發展則有助于深入理解孤立金屬單原子形態及化學結構;(3)單原子光催化劑目前已被成功應用于光解水制氫、光催化CO2還原、環境污染物降解以及合成氨等領域,獲得了長足的發展。上述成果推進了光催化材料及催化理論的研究向原子級別深入,使其進一步貼近實用化。本文綜述了近年來單原子光催化劑的合成方法、表征技術以及在環境和能源領域的應用情況。同時,總結了目前單原子光催化材料研究中存在的
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