近日，国际知名学术期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》以“Boosting Photocatalytic Water Oxidation Over Bifunctional Rh⁰-Rh³⁺ Sites”为题，在线报道了重点实验室清洁能源材料与器件团队在人工光合成领域的最新研究成果，并以内封面文章的方式重点报道。

人工光合成技术是利用太阳光将水、二氧化碳等小分子转化成氢气、甲醇等化学品的反应过程，可以实现太阳能到化学能的高效稳定转化存储，也是助力“碳达峰、碳中和”目标实现的理想途径。然而，人工光合成水氧化半反应通常需要经历复杂的四电子转移过程，其缓慢的反应动力学特征限制了太阳能到化学能的转化效率。

针对这一关键问题，研究团队以重要的BiVO₄:Mo半导体捕光材料为研究对象，创新性地通过氯离子配体辅助气相还原的方法在BiVO₄:Mo表面可控构建了具有原子尺度分散的双功能Rh⁰-Rh³⁺位点助催化剂。通过X射线吸收精细结构谱定量解析了Rh⁰-Rh³⁺助催化剂的原子近程结构，揭示了双功能助催化剂由金属态的Rh⁰位点与氧化态的Rh³⁺位点共同组成；进一步通过Operando X射线吸收谱发现水氧化反应过程中Rh位点的价态及Rh-O配位环境的可逆特征性变化。此外，作者通过理论计算探究了Rh⁰位点与Rh³⁺位点的协同催化水氧化机制，即Rh⁰位点的吸附脱氢作用有助于打破产氧半反应中间体吸附能的线性关系，最终提升整体人工光合成水氧化性能。该工作实现了人工光合成决速步骤产氧端半反应性能的大幅提升，为构建高效人工光合成系统提供了新的研究思路。

该工作主要由材料科学与工程学院博士生刘袁微在重点实验室刘鹏飞特聘副研究员、杨化桂教授等人的指导下完成。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202106874