光催化為將水（H2O）轉(zhuǎn)化為可再生燃料氫氣（H2）提供了一種有吸引力的策略，但目前的光催化制氫技術(shù)依賴于額外的犧牲劑和貴金屬輔助催化劑，具有整體水分解性能的光催化劑有限。
基于此，西安交通大學(xué)楊貴東副教授等人報(bào)道了一種實(shí)現(xiàn)整體水裂解的高效的催化劑（Ni2P/NiS@PCOS），其中富空穴磷化鎳（Ni2P）與聚合物碳氧半導(dǎo)體（PCOS）為析氧位點(diǎn)，富電子的Ni2P與硫化鎳（NiS）為析氫位點(diǎn)。在中性溶液中，每100 mg的Ni2P/NiS@PCOS光催化劑產(chǎn)生的H2為150.7 μmol h?1和O2為70.2 μmol h?1。通過DFT計(jì)算，作者研究了Ni2P/NiS@PCOS的整體水分解活性與PCOS和NiS的協(xié)同作用之間的關(guān)系。首先，作者將三元體系Ni2P/NiS@PCOS簡化為Ni2P@PCOS和Ni2P/NiS二元體系。通過對5種雜化C種的H2O吸附能，篩選出PCOS的代表性結(jié)構(gòu)和有效反應(yīng)位點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)摻雜O和N的C物種是PCOS的活性結(jié)構(gòu)。接著，PCOS表面O位點(diǎn)、N位點(diǎn)（吡啶氮）和NiS位點(diǎn)的過渡態(tài)吉布斯自由能分別為1.21、1.63、2.06 eV。對于PCOS表面的O位點(diǎn)，各基本步驟的吉布斯自由能都最低，其限速步驟基本可用來完成反應(yīng)。在第三步中，*OH進(jìn)一步氧化水（H2O2或O2）有兩種不同的反應(yīng)途徑。作者發(fā)現(xiàn)在Ni2P@PCOS（O位點(diǎn)）表面，*H2O2的路徑更有利于熱力學(xué)自發(fā)步驟，放熱自由能變化，而*O的路徑需要更高的1.46 eV的能量變化。因此，H2O2優(yōu)先在Ni2P@PCOS（O位點(diǎn)）表面形成。在四電子反應(yīng)路徑中，*O物種與另一個*H2O反應(yīng)生成OOH*物種，而OOH*物種釋放電子和質(zhì)子生成O2。結(jié)果表明，Ni2P@PCOS和Ni2P/NiS優(yōu)先通過兩步/兩電子途徑生成H2O2，而不是通過一步/四電子途徑生成O2。An electron-hole rich dual-site nickel catalyst for efficient photocatalytic overall water splitting. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-37358-3. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37358-3.
