硫化铂（PtS）作为一种过渡金属硫化物，因其电子结构、可调的能带间隙以及良好的化学稳定性，在催化领域展现出潜力。与传统铂基催化剂相比，PtS通过硫原子的引入，有效调节了铂的d带中心位置，优化了反应中间体的吸附能，从而在电催化、光催化及热催化反应中表现出更高的活性和选择性。

一、PtS的晶体结构与电子特性：催化性能的内在根源

1.1 晶体结构多样性

PtS存在多种晶体结构，包括黄铁矿型（FeS₂型）、闪锌矿型（ZnS型）以及高压相结构。其中，黄铁矿型PtS（空间群Pa-3）因其高对称性和稳定的硫框架，成为催化领域的研究热点。该结构中，Pt原子与6个S原子形成八面体配位，而每个S原子则与3个Pt原子相连，形成三维网络结构。这种配位环境不仅赋予PtS良好的热稳定性，还通过Pt-S键的共价性调节了铂的电子态。

1.2 电子结构调控

密度泛函理论（DFT）计算表明，PtS的d带中心位置较纯铂（Pt）下移约0.5 eV，导致其对反应中间体的吸附强度减弱。例如，在氢析出反应（HER）中，PtS对氢中间体（H）的吸附自由能（ΔG_H）接近热中性（≈0 eV），优于Pt（ΔG_*H ≈ -0.2 eV），从而降低了反应能垒。此外，硫原子的引入还引入了新的活性位点：硫的孤对电子可参与氧化还原反应，而Pt-S键的极化则增强了催化剂对极性分子的吸附能力。

1.3 表面重构与动态催化

在催化反应条件下，PtS表面易发生动态重构。例如，在酸性电解液中，PtS表面可能形成硫空位（Vs），暴露出更多的Pt活性位点。含硫空位的PtS纳米片在氧还原反应（ORR）中的半波电位较无缺陷样品提高，表明表面缺陷可增强催化活性。这种动态重构特性为PtS的定制化设计提供了重要依据：通过调控缺陷浓度和分布，可实现对催化性能的调控。

二、PtS定制材料的设计策略：从形貌控制到界面工程

2.1 形貌与尺寸调控

纳米化是提升PtS催化性能的有效手段。通过溶剂热法、化学气相沉积（CVD）或电化学沉积等技术，可制备出不同形貌的PtS纳米材料，包括纳米颗粒、纳米片、纳米线及空心结构等。例如：

纳米片：二维PtS纳米片具有高比表面积和丰富的边缘活性位点。

空心结构：通过模板法合成的PtS空心球可缩短电荷传输路径，并增强对反应物的吸附能力。在光催化CO₂还原中，PtS空心球的CO产率较实心颗粒提高。

2.2 缺陷工程

缺陷工程是调控PtS电子结构和催化性能的核心策略。常见缺陷类型包括硫空位（Vs）、铂空位（V_Pt）及晶界缺陷等。例如：

硫空位：通过Ar等离子体刻蚀或热处理引入Vs，可暴露出更多的Pt活性位点。

晶界缺陷：在PtS纳米颗粒中引入晶界可增强电荷分离效率。

2.3 异质结构建

构建PtS基异质结构可实现电子转移和协同催化。常见异质结类型包括：

金属-硫化物异质结：如PtS/Pt异质结，其中Pt层作为电子收集层，可加速HER中的电荷转移。

2.4 单原子修饰

将单原子（如Fe、Co、Ni）负载于PtS表面可引入新的活性中心。例如：

Fe单原子修饰：Fe-S₄位点可作为ORR的活性中心。

Co单原子修饰：Co-N₄-S位点在电催化CO₂还原中表现出高选择性。

三、PtS定制材料在催化领域的应用进展

3.1 能源转化

氧还原反应（ORR）：Fe单原子修饰的PtS纳米花在碱性燃料电池中表现出高活性和稳定性。

CO₂电还原：Co单原子修饰的PtS纳米片在CO₂还原中可高选择性生成甲酸（HCOOH）。

3.2 环境保护

光催化降解有机污染物：PtS/g-C₃N₄异质结在可见光下可高效降解罗丹明B（RhB），其降解速率常数是单一g-C₃N₄的5倍。

电催化硝酸盐还原：PtS纳米线阵列在电催化硝酸盐（NO₃⁻）还原中可高选择性生成氨（NH₃）。

3.3 化工合成

加氢反应：PtS/Al₂O₃催化剂在肉桂醛选择性加氢中表现出高选择性，主要生成肉桂醇（C=O加氢），而传统Pt/Al₂O₃催化剂则倾向于生成苯丙醛（C=C加氢）。这归因于PtS对C=O键的更强吸附能力。

偶联反应：PtS纳米颗粒催化Suzuki偶联反应的产率高，活性无明显下降。其催化性能优于传统Pd/C催化剂，且对空气和水不敏感，操作条件更温和

硫化铂（PtS）作为一种催化材料，通过形貌控制、缺陷工程、异质结构建及单原子修饰等定制化策略，在能源转化、环境保护及化工合成等领域展现出良好性能。其电子结构和动态催化特性为高性能催化剂的设计提供了新范式。