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近日，大連化物所太陽能研究部太陽能制儲(chǔ)氫材料與催化研究組（DNL1621）章福祥研究員等人在MOF材料晶面誘導(dǎo)光催化電荷分離與分解水制氫活性研究中取得新進(jìn)展，通過控制合成了不同{001}/{111}晶面暴露比例的NH2-MIL-125(Ti)片，發(fā)現(xiàn)其光催化分解水制氫半反應(yīng)活性高度依賴于暴露{001}晶面比例，并利用理論計(jì)算和多種表征技術(shù)等揭示了其背后的結(jié)構(gòu)影響本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)具有豐富飽和配位Ti原子（Ti6c）的{001}晶面更有利于捕獲和傳遞光生電子，進(jìn)而促進(jìn)電荷分離。
利用太陽能光催化分解水制綠氫是轉(zhuǎn)化太陽能到化學(xué)能的理想途徑之一，其中，光生電荷分離困難是制約太陽能高效轉(zhuǎn)化的核心因素。雖然晶面效應(yīng)對(duì)無機(jī)半導(dǎo)體光催化劑電荷分離和催化活性的影響已被廣泛研究報(bào)道，但是在金屬有機(jī)框架（MOFs）類材料光催化中相關(guān)研究較少。
本工作中，團(tuán)隊(duì)以具有寬光譜可見光響應(yīng)的NH2-MIL-125(Ti)明星MOF光催化材料為研究模型，控制合成了一系列不同{001}/{111}晶面暴露比例的NH2-MIL-125(Ti)片，發(fā)現(xiàn){001}/{111}晶面暴露比例與光催化水分解產(chǎn)氫性能存在線性相關(guān)性，其中具有最高{001}晶面暴露比的MIL(Ti)-80%材料產(chǎn)氫性能最好。此外，團(tuán)隊(duì)通過理論模擬與測試表征相結(jié)合證實(shí)發(fā)現(xiàn)，相比于低配位（Ti4c和Ti5c）Ti4+為主的{111}晶面，具有豐富飽和配位Ti4+（Ti6c）的{001}低指數(shù)晶面更有利于捕獲和傳遞光生電子，進(jìn)而促進(jìn)電荷分離和光催化活性。該工作不僅實(shí)驗(yàn)證實(shí)了MOF類光催化材料晶面微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其光生電荷分離具有顯著影響，而且表明了利用低指數(shù)晶面構(gòu)筑高效MOF類光催化制氫體系的可行性。
相關(guān)研究以“Saturated Ti-Coordinated {001} Facets-Dependent Photocatalytic Water Reduction over NH2-MIL-125(Ti) Sheets: Observation and Unraveling of Facets Effect”為題，發(fā)表在《應(yīng)用催化B：環(huán)境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。該工作的第一作者是大連化物所DNL1621組博士研究生劉利芳、博士后杜仕文和畢業(yè)生肖曄珺。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金，中國科學(xué)院國際合作項(xiàng)目，大連市支持高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等項(xiàng)目的支持。
