光催化制氫是未來最具前景的技術之一。有鑒于此,華南師范大學蘭亞乾教授、Run-Han Li、Jie Zhou等設計了一種金屬-共價有機框架材料(MCOF, metal-covalent organic frameworks),這種材料具有小型金屬節點和氮原子富集的配體,命名為COF-Cu3TG。
本文要點
(1)
設計選擇小型金屬節點增加活性位點的密度,降低電子轉移到活性位點的距離。構筑結構中的氮富集有機配體節點在光催化反應中實現了金屬原子的原位錨定,從而形成層間單原子的電子橋結構,加快電子傳輸。通過這兩種設計能夠增強光催化活性。
(2)
通過進一步Ru原子修飾,并且加入光敏劑分子,在層內的空間構筑N2-Ru-N2電子橋(Ru-SAEB, single-atom electron bridge),因此顯著增強光催化制氫效率,光催化制氫性能達到10.47 mmol g-1 h-1。通過理論計算和EXAFS表征,說明了Ru-SAEB的催化反應機理,并且進一步驗證了Ru-SAEB結構的設計非常合理。通過相鄰的Cu3簇和Ru-SAEB能夠進行電子轉移。這項工作說明Ru-SAEB的小分子簇結構有助于光催化制氫反應。
參考文獻
Jie Li, Jie Zhou, Xiao-Han Wang, Can Guo, Run-Han Li, Huifen Zhuang, Wenhai Feng, Yingjie Hua, Ya-Qian Lan, In situ Construction of Single‐Atom Electronic Bridge on COF to Enhance Photocatalytic H2 Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202411721
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202411721