利用光催化技术来获得氢能被认为是解决环境危机和能源短缺的一种有效手段,近年文献报道了多种制氢催化剂,其中,CdS因具有较好的可见光吸收性能,被认为是一种理想的光解水催化剂.但有限的光催化活性位点及易受光腐蚀限制了它的应用.与具有超大比表面积的MOFs材料结合,构筑异质结构可有效改善上述问题,进而提高光催化活性.但不同材料之间存在很高的界面能垒,构筑具有强相互作用的异质结构是十分困难的,因此,寻找一种有效的方法 来构筑具有强相互作用的异质结构具有重要意义.目前,研究人员主要采用三种方法构筑Zr-MOFs@CdS异质结:(1)溶剂热合成法,该合成方法虽然简单,但缺少锚定位点,使得CdS易于团聚;(2)表面活性剂辅助法,可增强材料间结合力,但是表面活性剂的引入会降低电荷传输性能;(3)在MOFs配体上修饰锚定位点,增强与CdS结合位点,可有效解决上述问题,但增加了配体官能化的制备成本.本文采用简单的溶剂热反应将疏基乙酸修饰到Zr-MOFs材料的金属簇上,其中疏基官能团可作为锚定位点来固定Cd2+离子,并通过进一步的取代反应将CdS精准修饰到Zr-MOFs表面,从而构筑具有强相互作用的Zr-MOFs@CdS异质结构.X射线光电子能谱、核磁氢谱以及拉曼光谱测试证明疏基乙酸被精准修饰到Zr-MOFs的金属簇上.光解水制氢结果 表明,制得的Zr-MOFs@CdS异质结构具有很好的活性,其产氢效率可达1861.7 Amol·g-1·h-1,是纯CdS的4.5倍,是利用溶剂热法构筑的Zr-MOFs@CdS的2.3倍.光电流测试、阻抗测试和荧光光谱测试结果表明,疏基乙酸的引入可增强Zr-MOFs与CdS的结合力,进而促进电荷在两种材料之间的传输,有效降低载流子的复合程度,最终提升其光解水制氢活性.通过能带结构分析,提出了该材料合理的光解水反应机理.综上,本文提出了一种孔道功能化策略来构筑Zr-MOFs@CdS异质结构,引入的疏基乙酸能够作为分子链接剂来增强Zr-MOFs与CdS之间的相互作用,进而提升了其载流子分离性能和光催化活性.该方法可为提升MOFs基复合光催化剂的光解水活性提供新的解决途径.

锆金属有机框架;孔道功能化;光催化产氢;分子链接剂;结合位点

胡海均;张开来;闫格;史丽童;贾宝华;黄洪伟;张宇;孙晓东;马天翼

辽宁大学化学学院,高等材料绿色合成与制备化学重点实验室,清洁能源化学研究所,辽宁沈阳110036,中国;澳大利亚斯威本科技大学埃米材料转化中心,澳大利亚;中国地质大学材料科学与技术学院,矿物材料国家实验室,非金属矿物质与固体废弃物材料利用北京市重点实验室,北京100083,中国

催化学报

[1]胡海均;张开来;闫格;史丽童;贾宝华;黄洪伟;张宇;孙晓东;马天翼-.通过孔道功能化策略将CdS精准修饰到Zr-MOFs表面构筑高效光解水催化剂)[J].催化学报,2022(09):2332-2341

孔道功能化,Amol,分子链接剂,锆金属有机框架

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