中科院大化所新型寬光譜捕光催化劑研究獲進展

近日，中科院大連化物所太陽能研究部李燦院士、章福祥研究員等在新型寬光譜捕光催化劑開發研究中取得新進展，設計合成了一種Cd-MOFs新結構單晶，具有寬光譜可見光吸收功能，以及可見光催化水氧化和水還原雙功能性能。相關研究成果在線發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。

利用太陽光催化分解水制氫是轉化太陽能到化學能的一種重要方式，其太陽能轉化效率是由光催化劑的捕光效率、電荷分離效率和表面催化效率的乘積共同決定的，其中捕光效率受半導體光催化的吸光範圍影響，一般吸光範圍越寬其理論太陽能轉化效率越高，由此可見光催化劑具有寬光譜捕光是實現太陽能高效轉化的前提和基礎。

近年來，研究人員圍繞寬光譜捕光催化新材料的開發進行了大量探索研究，相繼設計合成了系列氮摻雜氧化物、鹵氧化物，以及含氧酸鹽等新型寬光譜可見光響應新材料，展示了可見光激發催化分解水放氫和放氧半反應性能，顯示了在太陽能到化學能轉化的應用前景。

在本項工作中，該研究團隊繼續將寬光譜捕光新催化劑開發拓展至金屬有機框架（MOFs）類材料，發現Cd-MOFs材料在可見光激發下具有水氧化和水還原的雙重功能。通過合理選擇1,3,6,8-四（4-羧基苯）芘作為有機配體，與鎘離子配位合成出了新型的二維鎘基金屬有機框架單晶材料（Cd-TBAPy）。研究表明，該材料不僅具有良好的可見光吸收功能，同時具有合適的能帶位置，能夠滿足光催化水分解的熱力學要求。光催化測試表明，在擔載合適的助催化劑及使用犧牲試劑的條件下，該材料可以在可見光照射下分別實現水氧化和水還原半反應，且在420nm光照射下，測得產氧反應的表觀量子效率（AQE）為5.6%。通過熒光光譜和理論計算分析發現，合適的助催化劑擔載及Cd-TBAPy具備的二維層狀π共軛體系共同作用是該材料表現出獨特光催化性能的主要原因。該研究結果表明MOFs類材料在光化學轉化應用方面具有一定前景。

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