近日,我室董鹏玉教授为第一作者、以盐城工学院为第一单位的研究论文“Hydrogen bond-assisted construction of MOF/semiconductor heterojunction photocatalysts for highly efficient electron transfer”在化学类顶级期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》 (357 (2024) 124297) 上发表。《Applied Catalysis B: Environment and Energy》是Elsevier旗下重要期刊,该期刊2023年影响因子为22.1,主要刊登催化化学领域高水平的研究成果,属于化学类Top期刊与中科院1区期刊。
金属-有机骨架(MOF)是一类新的功能材料,它具有晶体多孔结构,通过配体-金属电荷转移(LMCT)表现出光响应,并通过金属氧化物节点或有机连接剂的光吸收诱导光催化活性。Fe基MOF已被证明能有效地产生•OH自由基,使其可用于降解废水中的有害物质。然而,Fe基MOF对废水中重金属离子污染物的吸附性能相对较低,并且容易发生光生电子-空穴(e−−h+)对的复合,从而影响其光催化活性。近年来,研究人员通过引入桥接剂将MOF与半导体纳米粒子进行集成,制备了MOF/半导体杂化材料。然而,完全消除MOF与半导体材料之间的桥接有机连接剂(如4-巯基吡啶分子、苯甲酸分子等)仍然是困难的,这可能会抑制光诱导电荷的转移,从而对光催化活性产生不利影响。此外,许多MOF与半导体复合材料通常依赖于弱的范德华力,这必然导致稳定性较差以及光生e−−h+分离速率慢。因此,迫切需要开发由MOF/半导体组成的新型异质结构催化剂,通过半导体与MOF之间的强或中等结合力连接,以提高光催化效率和稳定性。基于此,本文首次利用H2O2处理TiO2纳米管表面吸附–OOH基团中的O原子与MOF中–NH2基团的H原子之间的氢键结合,构建了由H2O2处理的TiO2纳米管(H2O2-TNTs)和MIL-88B(Fe)-NH2组成的新型MOF/半导体异质结光催化剂(标记为H-T/M)。H-T/M异质结光催化还原Cr(VI)的性能得到显著增强,归因于氢键通道(N···H–O–O–Ti)加速了界面电子转移动力学,这可以从飞秒瞬态吸收光谱得到验证。此外,基于密度泛函理论(DFT)计算的内置电场和电荷密度的差异为电荷转移提供了动力。本研究为构建MOF/半导体光催化剂提供了一种新的策略和思路,有望在实现高效光催化脱除含铬废水方面起到重要作用。
原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337324006118?via%3Dihub
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