氫能作為清潔能源的重要代表，因其燃燒產(chǎn)物僅為水且能量密度高，被視為推動能源轉型的關鍵方向。在眾多制氫技術中，利用太陽能驅動水分解的光催化制氫技術因其綠色可持續(xù)特性備受關注。然而，傳統(tǒng)光催化體系依賴的鉑（Pt）基催化劑因資源稀缺、成本高昂，嚴重制約了該技術的工業(yè)化進程。

中國科學院大連化學物理研究所的科研團隊近日在《德國應用化學》發(fā)表突破性成果，通過構建共價有機框架（COF）材料的氮原子位移工程，成功實現(xiàn)了鉑催化劑形態(tài)的精準調控。研究團隊設計合成了四種拓撲結構相同但氮錨定位點差異顯著的COF異構體，這些材料具有規(guī)則的六方孔道結構，氮原子位置沿孔道徑向實現(xiàn)了埃米級精度的梯度分布。

實驗發(fā)現(xiàn)，不同氮錨定位點對鉑物種的沉積形態(tài)產(chǎn)生決定性影響。在亞胺連接的COF-I2材料中，鉑以單原子與團簇共存的獨特雙活性位點形式存在，而烯烴連接的COF-A2則主要形成單原子鉑。這種結構差異直接導致光催化性能的顯著差異：COF-I2負載鉑后的析氫速率達到26.72 mmol h?1g?1，是COF-A2體系的6.1倍。

機理研究表明，這種性能躍升源于鉑團簇與單原子間的協(xié)同作用。密度泛函理論計算顯示，鉑團簇作為空穴接力中心，單原子作為電子捕獲位點，二者形成的電荷重新分布網(wǎng)絡顯著促進了光生載流子的分離效率。飛秒瞬態(tài)吸收光譜進一步證實，COF-I2-Pt體系中關鍵電荷分離態(tài)的壽命延長是其高效析氫的核心機制。

該研究通過構象異構策略，在保持材料化學組成不變的前提下，實現(xiàn)了對載體錨定位點幾何結構的原子級調控。這種創(chuàng)新設計不僅將鉑的催化效率提升至新高度，更通過減少貴金屬用量顯著降低了制氫成本。實驗數(shù)據(jù)顯示，優(yōu)化后的催化劑體系在鉑負載量降低的情況下，仍保持了優(yōu)異的催化活性，為解決光催化制氫技術的成本瓶頸提供了重要解決方案。

這項突破性成果通過材料基因工程思路，為設計高效光催化劑開辟了新路徑。研究團隊開發(fā)的氮原子位移工程策略，可推廣至其他貴金屬催化劑體系，為構建低成本、高穩(wěn)定性的太陽能制氫系統(tǒng)奠定了理論基礎。相關技術若實現(xiàn)工業(yè)化應用，將大幅降低清潔氫能的生產(chǎn)成本，加速氫能經(jīng)濟時代的到來。