瞬态吸收光谱（吸收光谱）

大家好，今天来为大家分享瞬态吸收光谱的一些知识点，和吸收光谱的问题解析，大家要是都明白，那么可以忽略，如果不太清楚的话可以看看本篇文章，相信很大概率可以解决您的问题，接下来我们就一起来看看吧！

本文主要内容一览

• 1、瞬态吸收光谱数据怎么导出
• 2、测激发态寿命的仪器是什么
• 3、光催化万金油Nature子刊提升产氢性能只需复合这种纳米片
• 4、张华彬楼雄文Joule综述面向光催化能源转化的单原子催化剂

瞬态吸收光谱（吸收光谱）

1瞬态吸收光谱数据怎么导出

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瞬态吸收光谱（吸收光谱）

2测激发态寿命的仪器是什么

瞬态吸收光谱仪。瞬态吸收光谱仪是用来测量物质在激光激发后产生的瞬态物种（激发态、自由基碎片等）的性质的仪器。常用的有激光闪光光解仪，时间分辨傅立叶红外光谱仪、荧光上转换技术、飞秒激光泵浦探测技术等。可以针对毫秒、微妙、纳秒、皮秒、飞秒时间尺度的瞬态物种进行检测，获得它们的瞬态吸收光谱以及它们的寿命等动力学信息。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。

3光催化万金油Nature子刊提升产氢性能只需复合这种纳米片

第一作者：JingrunRan,HongpingZhang,SijiaFu

通讯作者：乔世璋

通讯单位：澳大利亚阿德莱德大学

论文DOI：

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高性能、低成本的光催化剂是实现大规模太阳能制氢的关键。本文报告了一种液体剥离方法来制备NiPS3超薄纳米片。该纳米片可作为一种多功能平台，能够极大地改善各种光催化剂（包括TiO2、CdS、In2ZnS4和C3N4）上的光催化产氢性能。与纯CdS相比，NiPS3/CdS异质结具有最高的改进因子（~1,667%），实现了极高的可见光诱导制氢速率（13,600μmolh-1g-1）。这种更好的性能归因于强关联的NiPS3/CdS界面确保了有效的电子-空穴解离/传输；以及NiPS3超薄纳米片上丰富的原子级边缘P/S位点和活化的S位点，促进了氢的析出。这些发现通过最先进的表征和理论计算来证明。该工作首次证明了金属磷硫属化物可作为一个通用平台的巨大潜力，能极大地提高不同光催化剂的性能。

背景介绍

不可再生化石燃料的大量消耗导致全球能源短缺、环境污染和气候变化。因此，寻找可再生、清洁和无碳的能源至关重要。太阳能光催化水分解产氢(H2)被认为是一种有前途、廉价且环境友好的技术，其可利用阳光生产绿色H2燃料。然而，迄今为止开发的光催化剂效率低、稳定性差、价格高，严重制约了光催化工艺的大规模应用。因此，寻找高活性、稳定和廉价的光催化剂对于实现工业规模的太阳能制氢具有重要意义。高性能光催化剂的合理设计和制备，不仅需要从原子级尺度理解结构/组成-活性关系，还需要精确而深刻地理解光催化剂中的光生电子-空穴的动力学和热力学。结合原子分辨率像差校正扫描透射电子显微镜(AC-STEM)和理论计算，研究人员可以提供关于光催化剂的结构/组成-活性关系的原子级阐释。特别是，通过上述方法可以准确地揭示光催化剂中存在的各种原子级反应位点，例如单原子、边缘位点和缺陷。另一方面，光生电子和空穴的分离/迁移在确定整体光催化性能方面起着关键作用。因此，必须采用各种先进的表征，例如超快瞬态吸收光谱(TAS)、瞬态表面光电压(SPV)光谱、瞬态光致发光(PL)光谱和原位X射线光电子能谱(XPS)，对光生电子/空穴的动力学和热力学进行时间分辨研究，特别是在光催化剂表面。此外，将上述两种策略结合起来，同时评估光催化剂的原子级结构/组成-性能关系和时间分辨电荷载流子分离/转移机制，是具有重要意义的。

图文解析

图1.NiPS3UNS的理论预测、表征和应用。aNiPS3单层(100)边缘的HER活性P、S2和S3位点。bNiPS3单层(010)边缘的HER活性S位点。c在NiPS3单层的(1-30)边缘处的HER活性P1、S2、S3和S8位点。d在NiPS3单层的(100)边缘、(010)边缘或(1-30)边缘的活性位点上，遵循Volmer-Heyrovsky路径的HER吉布斯自由能图。e在NiPS3单层的(100)或(1-30)边缘的活性位点上，遵循Volmer-Tafel路径的HER吉布斯自由能图。NiPS3UNS的f基面和g边缘的原子分辨率HAADF-STEM图像。hNiPS3UNS的（基于同步加速器的）NiL2,3-edgeXANES。iTiO2、NiPS3/TiO2、CdS、NiPS3/CdS、In2ZnS4、NiPS3/In2ZnS4、C3N4和NiPS3/C3N4在约17.0vol%三乙醇胺水溶液中的光催化产氢速率。

图2.20.0N的形貌、微观结构和化学成分。aTEM图像和bHRTEM图像。在20.0N中，cNiPS3UNSs和dCdSNPs的原子分辨率HAADF-STEM图像。e20.0N的EDX光谱。f20.0N的NiL2,3-edgeEELS光谱。g20.0N的HAADF-STEM图像，和20.0N中hCd、iS、jNi和kP元素的相应元素mapping图像。注意：将不同体积的NiPS3UNSs乙醇溶液（5.0、10.0、20.0和30.0ml）分别添加到研钵中，在室温下通过机械研磨与50mgCdSNPs复合。所得的光催化剂分别标记为5.0N、10.0N、20.0N和30.0N。纯CdSNPs表示为0.0N。

图3.NiPS3/CdS系统中的强电子相互作用。aNiPS3UNS、20.0N和30.0N的高分辨率Ni2pXPS光谱。b0.0N、20.0N和30.0N的基于同步加速器的SL-edgeXANES。cNiPS3UNS和20.0N的NiL2,3-edgeEELS光谱。dCdS（200）晶面和eNiPS3（002）晶面沿z轴方向的平均电位分布。fNiPS3/CdS系统的微分电荷密度图。金色和青色等值面分别表示净电子积累和耗尽区域。考虑到在17vol%三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应，计算了功函数和微分电荷密度图。

图4.NiPS3/CdS体系的光催化产氢活性和载流子动力学。a在~17.0vol%三乙醇胺水溶液中使用可见光照射（λ>400nm）的0.0N、5.0N、10.0N、20.0N、30.0N和NiPS3UNSs的光催化产氢速率。0.0N和20.0N的b稳态和c瞬态PL光谱。c插图显示了0.0N和20.0N的拟合电荷寿命。用400nm激光脉冲激发后，乙醇溶液中d0.0N和e20.0N的二维伪彩色TA光谱。f0.0N和g20.0N在不同泵-探针延迟时间下的TA光谱。h0.0N和20.0N的归一化衰减动力学和拟合线，基于约516和约514nm处的GSB峰。i0.0N和20.0N的归一化衰减动力学和拟合线，基于~480和~474nm处的ESA峰。

图5.NiPS3/CdS系统中的电荷载流子动力学。0.0N和20.0N的a瞬态和b稳态SPV光谱。c在黑暗和光照下进行的0.0N的CPD测试。NiPS3UNSs的高分辨率dNi2p、eP2p和fS2pXPS光谱，分别在光照打开和关闭的情况下测量。20.0N的高分辨率gNi2p、hCd3d和iS2pXPS光谱，分别在光照打开和关闭的情况下测量。

图6.NiPS3/CdS体系的表面催化反应和光吸收。a0.1MKOH水溶液中，0.0N、20.0N、NiPS3UNSs和20wt%Pt/C的电化学HER活性。bNiPS3/CdS的俯视原子结构，显示了Ni、P和S位点。c在NiPS3/CdS体系中的NiPS3基面的Ni、P和S位点上，遵循Volmer-Heyrovsky路径计算的HER自由能图。d在NiPS3/CdS体系中的NiPS3基面的Ni、P和S位点上，遵循Volmer-Tafel途径计算的HER自由能图。e0.0N、5.0N、10.0N、20.0N和30.0N的UV-Vis漫反射光谱。f分别在氙灯照射(λ>400nm)和630-nmLED下，在约17.0vol%三乙醇胺水溶液中测量20.0N的光催化产氢速率。考虑到17vol%三乙醇胺水溶液中的溶剂化效应，进行了所有的Gibbs自由能计算。

图7.NiPS3/CdS体系中的光催化产氢机理示意图。在NiPS3/CdS体系中，可见光激发（λ>400nm）、光生电子和空穴的分离/迁移、以及表面催化反应的示意图。

总结与展望

基于上述结果，本文首次报道了一种简便的液体剥离技术，来合成具有超薄厚度（~3.16nm）的2DNiPS3。合成后的NiPS3UNS可作为通用平台，用于提高各种光催化剂（包括TiO2,CdS,In2ZnS4和C3N4）的光驱动产氢性能。与原始CdS相比，所制备的NiPS3/CdS复合物显示出最高的光催化产氢(H2)活性（13,600μmolh-1g-1），最大增强因子约为1667%。NiPS3/CdS的性能大幅提升有两个原因：（1）NiPS3UNS和CdSNPs之间的电子耦合界面明显促进了电荷载流子的分离/传输。特别是，光生空穴向CdSNPs表面的传输显著增强，这是由牺牲电子供体三乙醇胺收集的。因此，CdSNPs上剩余的光生电子可以有效地迁移到NiPS3UNSs以产生H2；(2)在NiPS3UNSs中，大量的原子级P/S边缘位点和活化的S位点极大地促进了H2的析出反应。这些发现得到了理论计算和高级表征的支持，例如原子分辨率AC-STEM、瞬态PL光谱、瞬态SPV光谱、超快TAS和原位XPS。该研究不仅展示了MPCx家族作为一个通用平台的巨大潜力，可用于极大地提高各种半导体光催化剂的光催化产氢活性，更重要的是，通过了解光催化中的原子级结构/组成-活性相关性和电子-空穴动力学/热力学，实现了光催化剂的合理设计/制备。

4张华彬楼雄文Joule综述面向光催化能源转化的单原子催化剂

第一作者：Zhong-HuaXue

通讯作者：张华彬教授、楼雄文教授

通讯单位：阿卜杜拉国王科技大学、南洋理工大学

DOI:10.1016/j.joule.2021.12.011

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人工光催化能源转化是通过直接收集太阳能以解决能源危机和环境问题的一种非常有趣的策略，其中开发高效的光催化剂是推动光催化反应走向实际应用的中心任务。近年来，单原子催化剂(SACs)因其最大的原子利用率和优异的催化活性，而成为一种极具前景的光催化剂候选材料。在本文中，作者综述了面向光催化能源转化系统的SACs研究最新进展及当前面临的挑战，并系统性地探讨了单原子光催化过程中电荷分离/传输和分子吸附/活化的基本原理。作者不仅概述了单原子活性位点如何促进光生电子-空穴的传输并促进高效光活化循环的构建，而且全面介绍了SACs在各种光催化领域中的广泛应用。通过综述上述进展，并利用与SACs光催化整体发展相关的潜在解决方案以应对未来的一些挑战，从而为将来的SACs光催化能源转化研究提供一些启示。

背景介绍

对于无限且可自由获取的太阳能利用，人工光催化能源转化提供了一种很有希望的战略，即通过减少温室气体排放以克服全球能源危机和应对日益不稳定的气候变化。例如，光催化分解水是实现可持续清洁H2燃料生产的一种技术简单且具有成本竞争力的途径，而光催化CO2还原则是一种可部署且极具吸引力的战略，其将惰性的CO2转化为高附加值化学品并最终关闭碳循环。然而，传统的光催化系统在很大程度上依赖于催化剂的能带结构和表面结构，并由于电子-空穴对的分离缓慢和表面活性中心有限等问题，使其性能仍远不能令人满意。尽管已经付出巨大努力，但迄今为止多相光催化剂仍存在许多不足之处，如电荷载流子复合速度快、分子活化效率低等，从而显著抑制从催化剂表面到反应物物种的电荷传输与分子的进一步转化。

基于上述情况，SACs成为设计和开发经济高效的光催化剂和助催化剂的新选择及理念。有利的是，单原子光催化系统中孤立的反应位点不仅可以为光催化反应创建更多的活性中心，而且还可以拓宽光吸收范围以提高电荷分离/传输效率。所构建出的单原子光催化剂的构型具有高度可调控性，从而提供足够的光阱和表面结构精细修饰以吸附和活化分子。此外，单原子光催化剂的结构简单性可以使科研人员能够得出更精确的结构-性能相关性，从而更好地理解光催化的基本机理，并促进目标光催化剂的合理设计。尽管SACs在光催化系统中的应用研究仍处于起步阶段，但上述这些优势足以使其成为促进光催化反应的候选材料。为了推动这一新兴但发展迅速的领域，及时对单原子光催化应用的最新进展进行综述将不仅有助于揭示其主要工作机理，而且有助于启发未来的研究方向。据作者所知，尽管此前的文献中有一些非常优秀的综述重点介绍SACs的背景和合成策略，以及它们在光催化方面的独特优势；然而，这些综述并没有涵盖与单原子光催化中能带工程和能量转移路线高度相关的基本原理。

图1.SACs用于光催化能源转化示意图。

在该综述中，作者重点从文献中提炼出单原子光催化的关键原理，以全面了解其工作机理，从而促进更高效单原子光催化剂的合理设计与制备。作者首先简要介绍了SACs光催化应用的成就和特点，随后对单原子光催化剂的合成策略及相关结构表征方法进行概述。更重要的是，作者通过举例说明了单原子金属位点加速表面电荷分离/传输的机理以及单原子光催化中分子的吸附和活化。此外，作者还介绍了SACs在众所周知的新兴光催化领域中的应用以及最新进展。最后，作者对SACs在光催化能源转化方面的未来发展方向提出了一些挑战与展望，有望为光催化中SACs的理解和工程提供一些新见解，并进一步加速这一重要新兴研究领域的发展。

图文解析

图2.从WebofScience中分析出单原子光催化的文献总结：(a)通过搜索单原子光催化关键词获得的文献数量和引用数量(截止于2021-12-12)；(b)近年来不同单原子光催化体系的百分比分布。

图3.单原子光催化的发展成就和特性表征时间线。

图4.单原子光催化剂的合成策略。

图5.孤立金属位点能带调控。

总结与展望

综上所述，本文详细地总结了SACs的主要原理及其在光催化领域的广泛应用。毫无疑问，单原子光催化剂因其可以加速电荷分离/传输效率和增强分子吸附/活化能力，是构建高效光催化系统的优秀候选材料。除了此前已获得的杰出成就外，单原子光催化剂的探索和实际应用还面临着许多挑战，包括如何实现孤立反应位点的长期稳定性和高负载等。为了克服当前的挑战，作者提出以下十点未来的研究方向和解决方案：

1.单原子催化剂相对较低的稳定性，是其在光催化领域中应用的一个明显缺点。由于反应中间体或副产物与孤立金属位点的强键合而产生的毒化效应，可能使单原子光催化剂失活。此外，光生电子诱导的单原子反应位点向零价态金属原子的转化，也可能导致孤立金属位点的聚集形成团簇或纳米颗粒。在理想条件下，增强金属-载体相互作用和优化光催化反应，可能在一定程度上能够防止反应过程中孤立金属位点的团聚。

2.尽管单原子光催化剂的能量转换效率在平均反应位点方面具有显著优势，但由于不饱和活性位点的密度较低，其整体性能仍远不能令人满意。因此，应进一步修饰半导体载体的表面结构以增强相互作用，可以增加单原子的负载量。此外，在基底中引入足够多的锚定位点(例如N、P和S)或特定官能团(例如吡啶和-NH2)也可用于提供丰富的结合位点以稳定单原子。

3.精确控制反应位点的配位几何结构和单原子的数量，对于调节单原子光催化剂的活性和选择性至关重要，但这仍然是一个巨大的挑战。在合成过程中需要精确控制孤立反应位点和半导体载体之间的相互作用，以构建所需构型。通过基于结构-性能关系的理论预测，也可以提供一种可行的策略。此外，在实践中非常需要提高表征策略的准确性以准确分析单原子光催化剂的配位构型。

4.探究两个相邻单体之间的协同作用，对于控制催化性能和加深对多相催化机理的理解具有巨大的潜力。因此，双原子或多金属单原子光催化剂的可控合成是非常必要的。由于双原子或多金属单原子光催化剂中相邻反应位点之间的协同效应，反应物的反应路径可能会大大改变，从而导致反应势垒显著降低，催化性能得到显著提高。

5.自然界中的光催化和酶催化系统为从太阳能到化学能的转化提供了一个精妙的蓝图，其在环境条件下通常表现出卓越的活性和选择性。通过模仿自然光合反应中酶催化等活性位点的结构，可以实现更高水平SACs的仿生设计，以进一步提高SACs的整体光催化能源转化性能。将末端功能配体或孤立金属位点周围的附加活性位点进行集成，可能是开发仿生单原子光催化剂的可行策略。

6.大量单原子光催化剂是基于含缺陷的半导体材料所开发，其中含有丰富配位金属原子的表面结合位点，从而实现增强的电荷分离/传输。然而，高浓度的缺陷可能会恶化半导体材料的结晶度，从而增加单原子光催化剂体相或表面上电子-空穴对的大量复合。因此，作者建议仔细调控单原子光催化剂中半导体载体的结构(如结晶度、缺陷)，并进一步确定其对整个反应过程的贡献。

7.对单金属位点诱导的单原子光催化剂中电荷分离/传输过程的完整理解目前仍然具有挑战性。为此，将超快瞬态吸收光谱与电化学或显微镜技术相结合，是研究光催化反应中能量转移和捕获过程的有力手段。开发实时超快瞬态吸收技术来跟踪光催化中光生载流子的动力学，将进一步加深对电子泵模型和孤立金属位点诱导电子陷阱态的理解。

8.追踪光催化反应过程中活性位点的结构演化，不仅可以深入了解单原子的光活化过程，还可以为合理设计高效的光催化剂提供指导。然而，目前相关的实验证据仍然非常有限，通常无法理解光催化系统中SACs的分子吸附/活化机制。利用原位或operando研究结合各种技术如拉曼光谱、XAS和XPS，可能是检测反应过程中孤立金属位点化学状态和配位环境动态演化的极好方法。

9.将理论计算与实验结果相结合，已成为研究催化剂电子结构和光催化过程中分子吸附/活化的有力手段，其可以揭示出单原子光催化在原子尺度上的工作机理。然而，光催化反应过程中活性中心动态演化的理论模型，在实现对单原子光活化循环的合理认识方面相当有限。结合不同的模拟方法，可为探索单原子光催化剂在反应过程中的演化和揭示光催化活化机理提供合理途径。

10.作为人工智能最有力的组成部分之一，基于计算机算法的机器学习可通过数据挖掘实现了快速可靠的预测，其在探索高效催化剂方面也显示出巨大潜力。因此，探索合适的机器学习方法并结合理论计算数据来预测单原子光催化剂的催化性能，并找出目标反应的理想构型是非常必要的。机器学习的实施还将为光催化反应构建结构-性能关系，从而提高对单原子光催化的理解，并促进具有高度应用潜力的高效单原子光催化剂合理开发。

文献来源

Zhong-HuaXue,DeyanLuan,HuabinZhang,XiongWen(David)Lou.Single-atomcatalystsforphotocatalyticenergyconversion.Joule.2022.DOI:10.1016/j.joule.2021.12.011.

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