杉本敏(Toshiki Sugimoto)领导的研究人员用操作光谱上的迈克尔逊干涉仪同步光催化剂的周期性激发，成功地观察并确定了光催化析氢的反应电子种类。与传统观点相反，本研究表明，直接参与光催化作用的不是金属共催化剂中的自由电子，而是被困在共催化剂外围的电子。
自Honda和Fujishima于1972年发现光电化学析氢以来，多相光催化得到了广泛的研究，至今仍是科学技术领域的热点。特别是，了解光催化还原反应中的活性电子种类和活性反应位点，对于设计和制造具有提高氢作为可持续能量载体的演化活性的创新催化剂至关重要。然而，尽管光催化具有重要的基础意义，但由于实验观察和提取来自光激发反应电子的微弱光谱信号固有的困难，对光催化的微观理解仍然是一个极具挑战性的问题。这主要是由于在连续光子照射的实际光催化反应条件下，催化剂样品不可避免的温度升高。在这种情况下，来自反应性光激发电子的弱信号很容易被来自热激发非反应性电子的强背景信号所淹没。
SOKENDAI分子科学研究所的研究人员(Hiromasa Sato博士和Toshiki Sugimoto教授)成功地显著抑制了由热激发电子产生的信号，并观察到反应性光生电子对光催化析氢的贡献。这种创新是通过一种新方法实现的，该方法基于同步光催化剂的毫秒周期激发与用于FT-IR光谱的迈克尔逊干涉仪。在蒸汽甲烷重整和水裂解条件下，对负载金属氧化物光催化剂进行了验证。虽然长期以来人们传统上认为负载金属助催化剂是光生活性电子的汇和还原反应的活性位点，但他们发现金属助催化剂中的自由电子种类并没有直接参与光催化还原反应。另外，在金属助催化剂的负载下，被困在氧化物隙内状态的电子有助于提高析氢速率。隙内态，特别是金属诱导的半导体表面态的电子丰度与反应活性有明显的相关性，表明在金属助催化剂外围形成的金属诱导的半导体表面态在光催化析氢过程中起着关键作用。
这些微观的见解改变了传统上认为金属助催化剂在光催化中的作用，并为合理设计金属/氧化物络合物界面作为非热氢析出的有前途的平台提供了基础。此外，operando红外光谱的新方法可广泛应用于其他各种由光子和/或外电场/电位驱动的催化反应体系和材料。因此，新方法将有很大的潜力发现隐藏的关键因素，以提高催化剂的性能，为下一代可持续社会创新环境友好型能源技术。
论文资料:
作者:佐藤裕正、杉本敏树
期刊名称:美国化学会会刊
期刊名称:“驱动金属负载氧化物光催化析氢的活性电子种的直接操作鉴定”
DOI: 10.1021 / jacs.3c14558
金融支持：
JST-PRESTO, JPMJPR16S7
JST-CREST, JPMJCR22L2
jsp KAKENHI
科学研究资助项目(A)， JP22H00296
JSPS研究员助学金，JP22KJ1427
项目资助(A)， JP24H02205
国家自然科学院联合研究，01112104
区域资源循环利用创新催化剂脱碳技术示范项目，日本政府环境部
有限公司接触的人:
姓名:杉本敏树
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