特别说明：本文由学研汇技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。单原子催化剂，由于较大的原子利用效率和更多的不饱和催化活性位点，长期以来处于催化研究热点。选择合适的载体来设计单位点协同催化剂提供了一种经济有效的途径，但是如何减小贵金属单原子催化剂的载量仍然存在一些问题有待解决。有鉴于此，暨南大学Mingshan Zhu、浙江工业大学Huajun Zheng、中国矿业大学Liang Mao等人通过光化学方法在六方ZnIn2S纳米片上制备了超低载量的铂单原子催化剂(0.26 wt%)，PtSS-ZIS。这种催化剂具有Pt-S3四面体配位结构，与传统的通过缺陷来固定Pt单原子相比，这种光催化剂能够显著提高制氢产率。PtSS-ZIS中突出的单Pt单原子可以抑制电子-空穴对的复合，尖端效应通过有效的质子传质增强氢气的吸附和解析，促进反应热力学和动力学。为了证明Pt原子在h-ZIS纳米片上的原子构型，作者采用球差-高角度环形暗场扫描透射电镜（AC-HAADF-STEM）研究了h-ZIS和Pt0.3-ZIS表面特征。由于AC-HAADF-STEM图像的对比度与原子序数的平方成正比，Pt原子比Zn, In, S原子更亮（图1e-g），分散的亮点(红色圆圈)，证明了Pt单原子的存在。
为了进一步确认Pt单原子在Pt-ZIS中的局部原子结构和电子环境，作者采用拓展X射线吸收精细结构 (EXAFS) 和X射线吸收近边结构 (XANES)测试。 对Pt1.4-ZIS和Pt3.0-ZIS样品进行Pt L3边EXAFS傅里叶变换测试，并采用PtO2和Pt箔做为对照 (图2c)。在Pt1.4-ZIS中唯一突出的壳层位于2.0 Å附近，在2-3 Å范围内没有检测到任何Pt-Pt键，证明了Pt原子是以单原子形式分散在h-ZIS中。而在Pt3.0-ZIS中出现了约2.6 Å的额外峰值，可以归因于Pt-Pt键，证明了在Pt3.0-ZIS中存在Pt纳米颗粒。为了得到更加直观的Pt配位环境，研究人员进行了具有较高的分辨率k和R空间EXAFS小波变换(WT)分析。如图2d所示，Pt1.4-ZIS在R空间的1.8-2.1Å处和K空间的3-6Å处展现出最大的WT强度，归因于在第一核壳处形成了Pt-S键。相反，对于Pt3.0-ZIS而言，可以看到最大强度WT出现在2.5–2.8 Å和9–11 Å，对应于Pt-S键和Pt-Pt键，进一步证明了Pt原子是以单原子的形式存在于Pt1.3-ZIS中。
总之，作者利用球差电镜和同步辐射表征手段，深入证明了Pt是以单原子形式存在于Pt-ZIS材料中并且深入理解Pt-ZIS催化剂的电子结构变化，证明存在 Pt-S结构。根据测量信息搭建结构模型，利用DFT计算详细证明了突出的Pt位点固定在h-ZIS光催化剂上能够显著提高制氢产率。Shi et al. Protruding Pt single-sites on hexagonal ZnIn2S4 to accelerate photocatalytic hydrogen evolution. Nat Commun.2022.DOI: 10.1038/s41467-022-28995-1.https://doi.org/10.1038/s41467-022-28995-1
