在光催化中，单金属原子位点和空位可以加速光生电子的转移，提高光催化性能。基于此，中南大学熊禹副教授、清华大学王定胜副教授和西安交通大学欧鸿辉研究员等人通过光还原策略合成了一系列具有不同单原子Ru位点负载的氢氧化镍纳米板（Ni(OH)x NBs），记为w-SA-Ru/Ni(OH)x，中w=0.06、0.29、0.58、0.60、0.64、3.35 wt.%。
Ru负载量为0.60 wt.%的SA-Ru/Ni(OH)x（0.60-SA-Ru/Ni(OH)x）在光催化CO2RR中表现出最高的催化性能（27.6 mmol g-1 h-1）。负载量过高（0.64 wt.%，18.9 mmol g-1 h-1；3.35 wt.%，9.4 mmol g-1 h-1）或负载量过低（0.06 wt.%，15.8 mmol g-1 h-1；0.29 wt.%，21.95 mmol g-1 h-1；0.58 wt.%，23.4 mmol g-1 h-1）的Ru位点对其催化性能有负面影响。通过DFT计算，作者研究了单原子Ru位点在反应体系中的作用。作者考虑了四个基本步骤：1）吸附CO2；2）CO2与质子结合生成*COOH；3）*COOH与质子脱水生成被吸附的*CO；4）CO的解吸完成反应。计算出的吸附能表明，Ni(OH)x-Ru1上的Ru位点在凹坑中对CO2进行物理吸附，吸附能为-0.08 eV，与Ni(OH)x的吸附能相似，远低于完美Ni(OH)2。结果表明，引入Ru位点不利于CO2的吸附，CO2的吸附主要归因于Ni(OH)x上的凹坑。CO2在Ni(OH)x的凹坑中被物理吸附，而在Ni(OH)x的Ni位点和Ni(OH)x-Ru1的Ru位点上没有被化学吸附。结果表明，Ni(OH)x-Ru1的Ru位点有效地激活了*COOH，使*COOH上的电子高度积累，从而显著降低了能垒。此外，Ru位点的引入加强了*CO的吸附，导致Ni(OH)x-Ru1反应体系的RDS以更低的ΔG转移到第四步。总之，单原子Ru位点激活了关键中间体（*COOH），并为CO提供了适度的吸附位点，从而提高了催化性能。Ruthenium Single Atomic Sites Surrounding the Support Pit with Exceptional Photocatalytic Activity. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202400625.
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