标 题：Electronic interaction between transition metal single-atoms and anatase TiO2 boosts CO2 photoreduction with H2O
通讯作者：Hyungjun Kim，Su-Il In，Taeghwan Hyeon通讯单位：韩国基础科学研究院，大邱庆北科学技术院，韩国科学技术院
异均相光催化是存储可再生能源和生产太阳能化学品的一个有吸引力的平台。由于二氧化钛具有环境友好性、高光催化活性和成本效益，是最重要的光催化剂，使其占整个光催化剂行业的90%。虽然在裁剪二氧化钛的宏观光催化性能方面取得了各种重要的进展，但由于共催化剂的位置和价在原子尺度上难以控制，提高二氧化钛原子催化性能的原子级策略一直很少。从金属辅助因子到周围的还原配体的可逆电子转移控制着均质催化剂和金属酶的催化过程。同样，氧化还原活性可还原氧化物（如TiO2和CeO2）稳定扩展系统中稳定单个原子，并作为电子库，影响界面上的电荷转移程度。
为此，作者研究了单个原子和周围二氧化钛的电子相互作用如何调节光催化二氧化碳还原。在目前的工作中，作者证明了单个Cu原子在二氧化钛的Ti空位中特异性稳定，与周围的二氧化钛相互作用，并控制二氧化钛的整体电子性质（如可还原性、缺陷形成）。作者还发现，电子相互作用显著依赖于附近单个原子的存在。
要点一：在此，作者结合材料设计、光催化实验和理论分析，研究了氧化还原活性TiO2和单个铜原子之间的电子相互作用如何影响原子水平的光催化CO2还原。金属原子在钛空位中的位置特异性稳定消除了其他原子结构或亚纳米团簇的可能共存，使以原子精度研究TiO2表面的光催化CO2还原成为可能。要点二：作者首先通过与电子金属载体相互作用产生的稳定的单个原子相互作用来确定TiO2的电子性质（如可还原性、缺陷形成）。在钛空位中，铜原子附近有利于自发的氧空位形成，铜原子和氧空位共存并通过消除CO2还原活性比原始TiO2提高了66倍。要点三：作者的合成方法进一步控制了均匀单个铜原子在二氧化钛上的空间分布，并证明了多个相邻单个铜原子的存在通过控制电荷定位，通过协同分子二氧化碳相互作用导致不同的结构弛豫过程。
图1.通过电子金属载体界面杂交技术增强了单原子催化剂的表面可还原性。
图2.在氧空位下，Cu1/TiO2的光催化CO2还原。
图3.Cu1/TiO2样品的材料表征。
图4.光催化二氧化碳还原活性的比较。
Byoung-Hoon Lee, et al, Electronic interaction between transition metal single-atoms and anatase TiO2 boosts CO2 photoreduction with H2O, Energy Environ. Sci., 2021.
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