摘要：半导体与助催化剂之间的能级不匹配常常会引发载流子复合，从而限制光催化和光电化学（PEC）效率。2025年3月26日，武汉工程大学胡六永、华中师范大学顾文玲、朱成周在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Pt nanocluster
半导体与助催化剂之间的能级不匹配常常会引发载流子复合，从而限制光催化和光电化学（PEC）效率。2025年3月26日，武汉工程大学胡六永、华中师范大学顾文玲、朱成周在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Pt nanocluster-Fe single atom pairs dualregulate charge extraction and interfacial reaction for enhanced photoelectric response》的研究论文，2022级硕士研究生陈渊兴为论文第一作者，胡六永、顾文玲、朱成周为论文共同通讯作者。
胡六永，武汉工程大学教授。2017年6月博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所，导师：王植源研究员；随后加入长春应用化学研究所汪尔康院士课题组；2018年2月，赴香港科技大学颜河教授课题组从事博士后研究；2018年12月加入武汉工程大学。胡六永教授主要从事纳米催化与光电传感研究。近五年来以第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Funct. Mater.，ACS Nano，Nano Lett.，Sci. China Chem.，ACS Sens.，Anal. Chem.等国际知名期刊累计发表论文30余篇；主持国家自然科学基金面上项目和青年科学基金项目，湖北省自然科学基金面上项目和武汉市曙光计划等科研项目5项；入选全球前2%顶尖科学家榜单2023&2024（分析化学领域）；荣获湖北省自然科学奖三等奖（2024），中国分析测试协会科学技术CAIA二等奖（2021）；入选湖北省“楚天学者”计划（2020）。
顾文玲，华中师范大学副教授。2008年9月至2012年6月在西北师范大学学习，获得学士学位；2018年博士毕业于入中国科学院大学长春应用化学研究所，导师：汪尔康院士；随后前往香港科技大学从事博士后研究工作，合作导师：赵天寿院士；2018年12月至今在华中师范大学担任副教授。顾文玲副教授主要研究方向是光/电化学生物传感器的构建及应用和电化学催化。至今在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，ACS Nano，Nano Lett.，Chem. Sci.，Anal. Chem.等国际著名学术期刊以第一作者和通讯作者身份发表学术论文三十余篇。荣获周洪宇华大卓越人才奖（2021），中国分析测试协会科学技术奖 CAIA 奖二等奖（2021）
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朱成周，华中师范大学特聘教授、博士生导师，化学学院分析化学研究所所长。英国皇家化学会会士、国家高层次人才青年项目入选者、德国洪堡学者、科睿唯安全球高被引学者、斯坦福大学全球前2%顶尖学者。2007年本科毕业于山东师范大学；2013年1月毕业于中国科学院长春应用化学研究所，获理学博士学位，师从董绍俊院士；同年获得洪堡奖学金赴德国德累斯顿工业大学Alexander Eychmüller教授课题组从事博士后研究；2014年6月至2018年4月在华盛顿州立大学林跃河教授课题组担任助理研究教授；回国后进入华中师范大学任教。朱成周教授主要研究方向是纳米催化和生物传感，至今在Chem. Rev.，Chem. Soc. Rev.，Chem，PNAS，JACS，Adv. Mater.，Nat. Commun.，Nat. Sci. Rev.，Angew. Chem. Int. Ed.，Anal. Chem.等国际著名学术期刊发表学术论文200多篇, 总引近35000次，36篇论文进入ESI高被引论文。荣获中国分析测试协会科学技术奖CAIA奖二等奖（2021，第一完成人）。
在本文中，作者将铂（Pt）纳米簇-铁（Fe）单原子对与CuO集成在一起，以调节PEC系统中的固-固和固-液界面。实验和理论分析表明，CuO/Pt界面处的欧姆接触加速了电子提取，而Pt到Fe的电荷转移则增强了Fe位点处的氧还原反应（ORR），两者共同促进了反应动力学。基于此，作者构建了一种利用草甘膦对CuO的螯合作用阻碍电子转移的PEC生物传感器，实现了0.41 ng/mL的检测限。这种界面工程策略通过同时解决载流子动力学和界面反应势垒问题，推进了助催化剂设计，以增强能量转换和传感应用。。
图1：设计原理
图2：催化剂合成与结构表征
图3：光谱表征图4：PEC性能和基本光电特性
图5：界面反应动力学
图6：PEC传感性能研究综上，作者通过将Pt纳米簇和Fe单原子催化剂与CuO半导体集成，开发了一种新型的光电化学平台。通过实验和理论分析，揭示了Pt/Fe与CuO之间的界面调控机制，显著提高了PEC性能，并将其应用于草甘膦的高灵敏度检测。本研究实现了对固-固和固-液界面的双重调控，通过形成欧姆接触加速电子提取，并通过Pt-Fe电荷转移增强氧还原反应动力学。本研究不仅提高了PEC效率，还为设计高性能助催化剂提供了新的策略，同时为环境污染物的检测提供了新的方法。
Chen, Y., Qin, Y., Liu, M. et al. Pt nanocluster-Fe single atom pairs dual-regulate charge extraction and interfacial reaction for enhanced photoelectric response. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58174-x.
来源：朱老师讲VASP
