《ACS Catalysis》｜原子级Pt动态极化调控实现高效光电化学水氧化
发布时间：
2026-09-30
近日，《ACS Catalysis》上发表了一项关于光电化学（PEC）水分解的研究。
辽宁科技大学联合香港中文大学（深圳）在NiOₓ修饰的BiVO₄光阳极上构建了原子级分散的Pt位点，实现了光驱动动态界面极化与自适应电子调控，为高效稳定的太阳能水分解提供了新策略。
研究团队通过在NiOₓ修饰的BiVO₄光阳极上构建原子级分散Pt位点（BVO/Pt-NiOₓ），光照下的Pt位点可诱导动态界面极化，在瞬态缺电子空穴提取态与电子屏蔽催化周转态之间实现自适应平衡，打破了电荷分离与表面催化活性之间的固有性能权衡。
优化后的光阳极在1.23 V vs. RHE下实现了6.30 mA/cm²的光电流密度，电荷注入与分离效率分别提升至96.2%和86.9%，法拉第效率接近理想的95%，并展现出优异的长期稳定性。
为厘清原子级Pt位点的界面优化机制，团队使用致真精密仪器-多功能原子力显微镜的KPFM功能模块开展表征。设备可搭载专业氙灯光源，实现暗态、光照条件下的原位对比测试，精准捕捉光生载流子激发引发的表面电位（CPD）动态变化。
暗态与光照下的原位 KPFM 对比显示，Pt 改性样品（BVO/Pt-NiOx）的 ΔV 可达 27.1 mV（暗态 809.1 mV，光照下 836.2 mV），高于纯BVO 样品（ΔV=19.5 mV；708.7 mV → 728.2 mV）以及 BVO/NiOₓ对照样品（ΔV=21.9 mV；800.3 mV → 822.2 mV），表明 Pt 引入增强了光生空穴在表面的电位响应，与其促进电荷分离的行为一致，从微观电学层面揭示了材料催化性能提升机理。
该研究通过结合多种原位光谱技术与飞秒瞬态吸收光谱，揭示了从快速电荷分离到稳态电子再分布的动态调控机制。DFT计算进一步验证，这种电子介导行为显著降低了OER电位决定步骤的能垒。
致真AFM的高精度微区电学表征能力，精准揭示了界面接触电位差与载流子传输的关联机制，为光电催化材料的界面电子结构解析与高性能器件优化提供了关键的纳米尺度技术支撑。
论文详情：Dynamic Interfacial Polarization and Adaptive Electronic Modulation of Atomically Dispersed Pt Sites for Stable Solar Water Oxidation, ACS Catalysis, 2026, 16(18), 18504–18516
DOI：10.1021/acscatal.6c05524
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