我所发现MOF类光催化剂的电荷分离和制氢活性具有晶面依赖性

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　　近日，我所太阳能研究部太阳能制储氢材料与催化研究组（DNL1621）章福祥研究员等人在MOF材料晶面诱导光催化电荷分离与分解水制氢活性研究中取得新进展，通过控制合成了不同{001}/{111}晶面暴露比例的NH₂-MIL-125(Ti)片，发现其光催化分解水制氢半反应活性高度依赖于暴露{001}晶面比例，并利用理论计算和多种表征技术等揭示了其背后的结构影响本质，发现具有丰富饱和配位Ti原子（Ti_6c）的{001}晶面更有利于捕获和传递光生电子，进而促进电荷分离。

　　利用太阳能光催化分解水制绿氢是转化太阳能到化学能的理想途径之一，其中，光生电荷分离困难是制约太阳能高效转化的核心因素。虽然晶面效应对无机半导体光催化剂电荷分离和催化活性的影响已被广泛研究报道，但是在金属有机框架（MOFs）类材料光催化中相关研究较少。

　　本工作中，团队以具有宽光谱可见光响应的NH₂-MIL-125(Ti)明星MOF光催化材料为研究模型，控制合成了一系列不同{001}/{111}晶面暴露比例的NH₂-MIL-125(Ti)片，发现{001}/{111}晶面暴露比例与光催化水分解产氢性能存在线性相关性，其中具有最高{001}晶面暴露比的MIL(Ti)-80%材料产氢性能最好。此外，团队通过理论模拟与测试表征相结合证实发现，相比于低配位（Ti_4c和Ti_5c）Ti⁴⁺为主的{111}晶面，具有丰富饱和配位Ti⁴⁺（Ti_6c）的{001}低指数晶面更有利于捕获和传递光生电子，进而促进电荷分离和光催化活性。该工作不仅实验证实了MOF类光催化材料晶面微观结构对其光生电荷分离具有显著影响，而且表明了利用低指数晶面构筑高效MOF类光催化制氢体系的可行性。

　　相关研究以“Saturated Ti-Coordinated {001} Facets-Dependent Photocatalytic Water Reduction over NH₂-MIL-125(Ti) Sheets: Observation and Unraveling of Facets Effect”为题，发表在《应用催化B：环境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。该工作的第一作者是我所DNL1621组博士研究生刘利芳、博士后杜仕文和毕业生肖晔珺。上述工作得到了国家自然科学基金，中国科学院国际合作项目，大连市支持高层次人才创新创业等项目的支持。（文/图 刘利芳）

　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123094