人工光合作用（光催化）是一种可把清洁太阳能转换成可储存化学燃料的能源转化方式。但当前光催化技术的应用长期受制于其低的能量转换效率，其主要原因包含：1）严重的光生电子空穴对复合导致了有效光生电荷数量少；2）光生电荷在光催化剂和助催化剂之间的迁移势垒较大，限制了光生电子空穴对的分离；3）助催化剂表面的催化反应过电势过高，限制了产物生成速率。近年来，金属原子位助催化剂相比传统纳米颗粒助催化剂由于具有可控配位结构、短程电子转移以及对载体半导体的光吸收几乎无影响等优势，在光催化水分解制氢、高附加值燃料合成和环境治理等方面显示出了大的应用潜力。

材料科学与工程学院郭少军教授团队长期致力于原子尺度光催化材料设计、合成、催化性能调控和先进器件研究，探索金属单原子的配位结构对光催化活性、选择性和稳定性的调控规律，在金属单原子光催化材料的可控制备与显著提升制氢和太阳能燃料光合成领域取得了系列进展（Chem 2021, 7, 1033；Nat. Commun. 2021, 12, 4412； Adv. Mater. 2020, 32, 1904249；Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 232；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14184；Sci. China Chem. 2021, 64, 1716；Sci. Bull. 2020, 65, 720；ACS Catal. 2020, 10, 9109）。

在前期研究基础上，团队最近受Nature Reviews Chemistry邀请，在原子和电子尺度上对金属单原子光催化剂中半导体与金属单原子的相互作用进行深入探讨和归纳总结（如下图所示）。论文介绍了半导体光催化剂与金属单原子之间相互作用的基本物理化学构型，系统地总结了构建半导体光催化剂与金属单原子之间相互作用的方法，探讨了各种方法的特色和局限性，同时对各种典型半导体光催化剂与金属单原子之间相互作用的模型进行了区分和定义；突出了在半导体光催化剂与金属单原子之间相互作用下，配体效应对金属单原子助催化剂的电子性质和催化性质的决定性作用；重点介绍了半导体光催化剂与金属单原子之间相互作用在光催化水分解制氢、二氧化碳还原和有机物合成方面的应用；最后，对金属单原子光催化剂未来发展方向进行了预测和展望。相关成果于2022年10月24号在线发表在《自然综述：化学》杂志（“Optimizing the semiconductor–metal-single-atom interaction for photocatalytic reactivity”. Nature Reviews Chemistry 2022, doi: 10.1038/s41570-022-00434-1）

周鹏博士为论文的第一作者，郭少军为论文的唯一通讯作者。该工作得到了国家杰出青年科学基金、腾讯科学探索奖、北京自然科学基金重点研究专项、中国博士后科学基金等项目的资助。