图1、催化剂选择性及稳定性 © 2023 WILEY

（a）羟乙醛在TiO₂、0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TO₂-MS三种不同催化剂上的析出速率和选择性。

（b）不同催化剂上的产物及产量。

（c）不同产物在0.5Ni/TiO₂-MS上的产量随时间变化。

（d）一系列对照实验的产品以及相应产量。

（e）0.5Ni/TiO₂-MS催化剂8个循环反应的稳定性试验。

图2、催化剂组成 © 2023 WILEY

（a-b）TiO₂、0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TiO₂-MS三种催化剂的XRD和UV-vis光谱。

（c）0.5Ni/TiO₂-MS的TEM图像及相应的EDS元素mapping图像。

（d）0.5Ni/TiO₂-MS的HAADF-AC-STEM及相应的EDS结果。

图3、不同催化剂结构分析 © 2023 WILEY

（a）0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TiO₂-MS的Ni 2p_3/2的XPS光谱。

（b）金属镍、NiO 0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TiO₂-MS的Ni K-edge XANES光谱。

（c）0.5Ni/TiO₂-MS的Ni K-edge XANES光谱的拟合图案。

（d）TiO₂、0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TiO₂-MS的O1s XPS光谱。

图4、催化剂选择性催化原理 © 2023 WILEY

（a）TiO₂、0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TiO₂-MS的O₂-TPD曲线。

（b）在不同条件下，0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TiO₂-MS的Ni K-edge operando XANES光谱结果的数据。

（c-e）空气中检测0.5Ni/TiO₂-IM和0.5Ni/TiO₂-MS中¹O₂、O₂^•-以及•OH的ESR光谱。

（f）不同清除剂在0.5Ni/TiO₂-MS上甘油氧化为羟乙醛产率。

（g）不同清除剂对0.5Ni/TiO₂-IM甘油转化率的影响。

综上所述，研究人员提出了一种有效的策略，在光照驱动的环境条件下，对生物废物甘油进行高选择性的C-C裂解，产生有价值的产品羟乙醛。与在NiO_x/TiO₂上观察到的很少的催化作用不同，优化的单原子光催化剂0.5Ni/TiO₂-MS导致羟乙醛生成速率增加2倍（1058 μmol g^-1 h^-1），更重要的是选择性提高了2倍（约60.1%）。实验结果表明，装载镍物种的催化剂具有良好的稳定性。进一步通过operando XANES可以清楚地观察到在光照下电子从TiO₂流向Ni单原子。基于结构分析和光谱测量，该催化剂在环境条件下对甘油的选择性C-C裂解的卓越活性可以归因于氧的弱化学吸附和Ni单原子上的有效电子转移，从而有效地产生超氧自由基，将选择性转移到羟乙醛。本研究提供了对异质单原子光催化的见解，并可作为设计原则普遍应用于光催化有机合成，以提高活性和选择性。

文献链接：Highly selective transformation of biomass derivatives to valuable chemicals by single-atom photocatalyst Ni/TiO₂ (Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202209646)