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強金屬-載體相互作用(SMSI)在負載型金屬催化劑中被廣泛報道，它顯著地促進了各種多相催化。SMSI的優點之一是其改變了金屬和支撐物之間的界面，以促進有效的電子轉移，同時在結構上調節了活性位點，從而顯著地增強了活性。負載型金屬光催化劑是最典型的負載型金屬催化劑之一，廣泛應用于懸浮態粉末基多相光催化分解水或CO₂還原反應。與傳統的熱催化相反，光催化除了表面催化之外還涉及光吸收和光生載流體的分離。

目前已知負載的金屬具有促進電荷分離和表面催化的功能，以及半導體載體與金屬催化劑之間的緊密界面對界面電荷分離和光催化活性非常有利。這促使人們想了解SMSI是否可以進一步擴展到負載型金屬光催化劑上，以促進太陽能-化學能轉換。

基于此，中國科學院大連化物所章福祥課題組選擇Ir助催化劑和BiVO₄(BVO)半導體來構建金屬/半導體載體界面，用于研究高度分散的Ir覆蓋層，以及Ir和BVO之間的SMSI效應。研究人員首先通過XPS和FT-IR證實了Ir/BVO光催化劑中存在一個適中的SMSI，并且其能夠顯著促進催化劑上電荷分離。

基于該結果，研究人員通過光誘導策略將Ir和IrO₂分別沉積在BVO的{010}和{110}晶面作為形成雙助催化劑體系(Ir(P.I.)/BVO-n)。由于Ir和IrO₂分別有助于電子轉移和空穴轉移，因此在光照射下BVO的{010}和{110}晶面間光生電子和空穴能夠有效分離，且{010}面上只有光生電子可用于還原，而{110}晶面上只有空穴用于氧化過程。

為驗證Ir(P.I.)/BVO-n的光催化活性，研究人員以最優的Ir(P.I.)/BVO-573作為析氧光催化劑(OEP)，ZrO₂修飾的TaON(ZrO₂/TaON)或MgTa₂O_6-xN_y/TaON異質結構作為析氫光催化劑(HEP)，以及[Fe(CN)₆]^3-/4-為氧化還原離子構建了Z型全分解水系統。

實驗結果表明，在可見光和AM 1.5 G照射下，該系統循環多次而沒有發生明顯的活性衰減，表明光催化劑具有良好的光化學穩定性。此外，該系統在420±10 nm處的最佳AQE為16.9%，相應的STH為0.8%，這是可見光照射下的懸浮顆粒光催化Z型OWS系統中的最高值。綜上，該項研究證明SMSI可以用于促進光生電荷分離和提高光催化OWS的性能，為構建高效的負載型金屬光催化劑以應用于能源和環境光催化領域提供了參考。

Efficient overall water splitting of a suspended photocatalyst boosted by metal-support interaction. Joule, 2024. DOI: 10.1016/j.joule.2023.12.005

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章福祥課題組Joule：金屬-載體相互作用促進懸浮光催化劑的高效全水分解

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