Chemicky ukotvené atomy platiny výrazně zvyšují účinnost TiO2 při fotokatalytické produkci vodíku

Vědci ze skupiny Fotoelektrochemie RCPTM pod vedením profesora Patrika Schmukiho vyvinuli novou technologii umožňující ukotvení jednotlivých atomů platiny na povrch TiO2. Oxid titaničitý je jeden z nejstudovanějších fotokatalyzátorů, který se využívá jako fotoanoda v procesu produkce vodíku pomocí přímého solárního štěpení vody. Platina pak reprezentuje nejčastěji používaný kokatalyzátor přispívající ke zvýšení účinnosti přeměny sluneční energie na vodík. Používá se především ve formě nanočástic různých velikostí a tvarů. Nedávný prudký rozvoj v oblasti syntézy a vlastností katalyzátorů na úrovni jednotlivých atomů (tzv. single atom catalysis) inspiroval vědce k vývoji unikátní technologie založené na částečné redukci TiO2 ve vodíkové atmosféře za současné tvorby Ti3+ a povrchových defektů. Tyto defekty fungují jako chemické pasti pro ukotvení individuálních atomů platiny po jednoduché impregnaci roztokem Pt4+. Metoda dovoluje elegantně kontrolovat hustotu povrchových defektů a tedy i míru pokrytí vrstev TiO2 jednotlivými atomy platiny. Takto navázané atomy zvyšují fotokatalytickou účinnost oxidu titaničitého až 150krát ve srovnání s obvykle používanými systémy, v nichž je platina ve formě nanočástic nanesena na povrch TiO2. Práce publikovaná v časopise Advanced Materials navazuje na systematický výzkum RCPTM v oblasti oxidů kovů pro fotokatalytické aplikace včetně přímého solárního štěpení vody (Kment S. et al. Chem. Soc. Rev. 46, 3716–3769, 2017; Spanu D. et al. ACS Catal. 8, 5298–5305, 2018; Naldoni A. et al. ACS Catal. 9, 345–364, 2019) a v oblasti využití kovů na úrovni jednotlivých atomů v organické katalýze, elektrokatalýze a fotokatalýze (Bakandritsos A. et al. Adv. Mater. 31, 1900323, 2019; Gawande M. B. et al. ACS Catal. 10, 2231–2259, 2020).

Hejazi S., Mohajernia S., Osuagwu B., Zoppellaro G., Andryskova P., Tomanec O., Kment S., Zbořil R., Schmuki P.: On the Controlled Loading of Single Platinum Atoms as a Co‐Catalyst on TiO2 Anatase for Optimized Photocatalytic H2 Generation, Advanced Materials, 32 (16), 1908505, 2020.