我所發現MOF類光催化劑的電荷分離和制氫活性具有晶面依賴性

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　　近日，我所太陽能研究部太陽能制儲氫材料與催化研究組（DNL1621）章福祥研究員等人在MOF材料晶面誘導光催化電荷分離與分解水制氫活性研究中取得新進展，通過控制合成了不同{001}/{111}晶面暴露比例的NH₂-MIL-125(Ti)片，發現其光催化分解水制氫半反應活性高度依賴于暴露{001}晶面比例，并利用理論計算和多種表征技術等揭示了其背后的結構影響本質，發現具有豐富飽和配位Ti原子（Ti_6c）的{001}晶面更有利于捕獲和傳遞光生電子，進而促進電荷分離。

　　利用太陽能光催化分解水制綠氫是轉化太陽能到化學能的理想途徑之一，其中，光生電荷分離困難是制約太陽能高效轉化的核心因素。雖然晶面效應對無機半導體光催化劑電荷分離和催化活性的影響已被廣泛研究報道，但是在金屬有機框架（MOFs）類材料光催化中相關研究較少。

　　本工作中，團隊以具有寬光譜可見光響應的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，發現{001}/{111}晶面暴露比例與光催化水分解產氫性能存在線性相關性，其中具有最高{001}晶面暴露比的MIL(Ti)-80%材料產氫性能最好。此外，團隊通過理論模擬與測試表征相結合證實發現，相比于低配位（Ti_4c和Ti_5c）Ti⁴⁺為主的{111}晶面，具有豐富飽和配位Ti⁴⁺（Ti_6c）的{001}低指數晶面更有利于捕獲和傳遞光生電子，進而促進電荷分離和光催化活性。該工作不僅實驗證實了MOF類光催化材料晶面微觀結構對其光生電荷分離具有顯著影響，而且表明了利用低指數晶面構筑高效MOF類光催化制氫體系的可行性。

　　相關研究以“Saturated Ti-Coordinated {001} Facets-Dependent Photocatalytic Water Reduction over NH₂-MIL-125(Ti) Sheets: Observation and Unraveling of Facets Effect”為題，發表在《應用催化B：環境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。該工作的第一作者是我所DNL1621組博士研究生劉利芳、博士后杜仕文和畢業生肖曄珺。上述工作得到了國家自然科學基金，中國科學院國際合作項目，大連市支持高層次人才創新創業等項目的支持。（文/圖 劉利芳）

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123094