激子效应显著影响光催化反应中活性氧物种的选择性生成和光热转化效率，然而，控制激子效应的内在因素仍然难以捉摸。

近日，中山大学Dehua Xia设计并合成了一系列具有明确M_1-N_3C_1(M=Mn，Fe，Co，Ni)活性中心的单原子催化剂，用于研究光催化材料的结构和活性与激子效应之间的−关系。

文章要点

1）综合表征和理论计算表明，激子效应与单金属原子中的价电子数呈正相关。具有5.93个价电子的单个Mn原子表现出最弱的激子效应，它通过电荷转移控制超氧自由基(O₂^·−)的产生，提高光热转换效率。相反，具有9.27个价电子的单个Ni原子表现出最强的激子效应，主要通过能量转移产生单线态氧(¹O₂)，但抑制了光热转换效率。

2）基于价电子数依赖的激子效应，设计了高温和富含细胞毒性O₂^·−的反应环境，实现了高效稳定的水消毒。

这项工作揭示了单金属原子依赖的激子效应，并提出了一种原子水平的方法，用于催化应用靶向反应环境的定制。

参考文献

Dingren Ma, et al, Unraveling Valence Electron Number Dependent Excitonic Effects over M1‑N3C1 Sites in Single-Atom Catalysts, ACS Nano, 2024

DOI: 10.1021/acsnano.3c12701

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c12701