陽光驅(qū)動(dòng)的氫氣發(fā)電是解決迫在眉睫的碳基能源崩潰的核心技術(shù)。由等離子體納米粒子和催化納米粒子組成的膠體光催化劑在太陽輻照下生產(chǎn)氫氣是有希望的，但它們的性能受到吸收和多重散射事件的阻礙。在這里，我們提出了一種二維雙金屬催化劑，將鉑納米粒子加入到一個(gè)定義良好的金納米粒子超晶體中。該雙金屬超晶體在可見光和太陽輻照下，甲酸脫氫生成H2的速率為139 mmol gcat h-1。這種結(jié)構(gòu)使得研究兩種金屬材料之間的相互作用及其對(duì)催化的影響成為可能。我們觀察到熱點(diǎn)的電場強(qiáng)度與鉑納米粒子催化活性的增強(qiáng)之間存在相關(guān)性，同時(shí)確定了熱量和金到鉑的電荷轉(zhuǎn)移在增強(qiáng)中的次要作用。我們的研究結(jié)果證明了具有優(yōu)化結(jié)構(gòu)的二維結(jié)構(gòu)對(duì)液相光催化的好處。

圖1 |顯微表征。a,b，由22 nm AuNPs制成的Au超晶體在兩種不同放大倍數(shù)下的TEM圖像。納米粒子的粒子間距約為2 nm。c，超晶體的代表性透射顯微鏡圖像。不同的藍(lán)色表示不同數(shù)量的粒子層。1L，單層;2L，雙層;3L，三層;3L+，多層。d,e，雙金屬二維AuPt超晶體在兩種不同放大率下的TEM圖像。PtNPs (~ 3 nm)存在于22 nm的AuNPs之間的粒子間隙(~ 3.5 nm)。不同的金屬之間沒有界面。

圖2超晶體的光學(xué)特性。a,b，純金超晶體(a)和雙金屬AuPt超晶體(b)的反射光譜、透射率和吸收光譜的實(shí)驗(yàn)層相關(guān)光譜。c,d，加權(quán)反射率，通過分析不同層數(shù)下純金超晶體(c)和雙金屬AuPt超晶體(d)的透射光譜和吸收光譜。

圖3甲酸條件下|光催化性能。a，在暗、光兩種條件下，Au和AuPt超晶體的H2生成速率按催化劑總質(zhì)量歸一化。b, AuPt超晶體的阿倫尼烏斯圖。在白光照射下，Ea由33.4 kJ mol?1降低到29.8 kJ mol?1。所有實(shí)驗(yàn)中使用的輻照度，~ 110 mW cm?2,T = 25°C。數(shù)據(jù)以至少三個(gè)獨(dú)立測量值的平均值表示。誤差條表示s.d。

在本研究中，我們介紹了一種等離子體雙金屬超晶體，在這種超晶體中，我們從膠體懸浮液中獲得了理想的天線-反應(yīng)器構(gòu)型。在保持結(jié)構(gòu)不變的情況下，超晶體的尺寸可以擴(kuò)展到幾平方毫米，并且可以實(shí)現(xiàn)單層、雙層和多層疇。我們通過觀察在太陽輻照下甲酸脫氫反應(yīng)中H2的生成速率增加兩倍，證明了超晶體中等離子體-催化組分的協(xié)同效應(yīng)。通過使用明確定義的超晶體，我們能夠區(qū)分等離子體對(duì)催化增強(qiáng)的貢獻(xiàn)。我們的研究結(jié)果表明，PtNPs的性能主要取決于熱點(diǎn)處的電磁場強(qiáng)度，而AuNP對(duì)催化中心的熱貢獻(xiàn)和電荷注入對(duì)反應(yīng)增強(qiáng)的影響較小。

doi：https://doi.org/10.1038/s41929-023-01053-9