IF 20.2！多金属氧酸盐整合到缺陷型UiO-66-NH2(Zr/Hf)中用于可见光驱动产氢光催化

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UiO-66由于其卓越的稳定性和可调性在光催化系统中扮演着至关重要的角色。然而，在原始材料的光激发过程中，有机配体到金属的电荷转移很少涉及。在此，我们使用一锅一步法成功地将几个Keggin型Cs2.5H0.5PW12O40（CsPW）整合到双金属金属有机框架（MOF）中，得到了一系列缺陷型CsPW@UNH(Hf-Zr)作为优化的可见光驱动产氢光催化剂。进一步研究表明，在CsPW@UNH(0.65Hf)异质结中通过Z型异质结机制进行，通过CsPW和UNH(0.65Hf)组分之间的化学相互作用促进电荷分离。5%CsPW@UNH(0.65Hf)的产氢速率比纯UNH(Zr)高出近两个数量级。在光催化过程中，首次在缺陷型多金属氧酸盐包封MOF（POM@MOF）中观察到Hf3+和Zr3+的共存，证实了含氨基配体到双金属簇的共轭π电子转移的成功实现。这项研究为通过缺陷工程探索高效的基于MOF的光催化剂提供了新的指导方针。

创新点：

1. 开发了一锅一步法将Keggin型CsPW整合到双金属MOF中。

2. 首次在POM@MOF中观察到Hf3+和Zr3+的共存。

3. 证实了含氨基配体到双金属簇的共轭π电子转移。

4. 通过Z型异质结机制提高了电荷分离效率。

5. 显著提高了产氢速率，比纯UNH(Zr)高出近两个数量级。

对科研工作的启发：

1. 材料设计的重要性：通过精心设计材料结构和组成，可以显著提高其性能。

2. 多学科交叉：结合MOF、多金属氧酸盐和光催化领域的知识，开发新型高效材料。

3. 缺陷工程：利用材料中的缺陷来优化其性能，而不是一味追求完美结构。

4. 机理研究的重要性：深入理解材料的工作机理，为进一步优化提供指导。

思路延伸：

1. 其他POM类型探索：研究不同类型的多金属氧酸盐对光催化性能的影响。

2. 双金属比例优化：进一步调节Hf和Zr的比例，寻找最佳性能点。

3. 可见光利用拓展：探索将光吸收范围扩展到更长波长的方法。

4. 稳定性研究：评估长期光催化过程中材料的稳定性和性能变化。

5. 规模化生产：研究该材料的大规模制备方法，为实际应用做准备。

6. 其他应用探索：除产氢外，探索该材料在CO2还原、有机合成等领域的应用。

7. 理论计算支持：使用密度泛函理论等计算方法深入理解材料的电子结构和光学性质。

8. 原位表征技术：开发原位表征方法，实时监测光催化过程中的结构变化和中间体。

9. 表面修饰：研究表面修饰对光催化性能的影响，如贵金属负载或表面官能团化。

Integration of polyoxometalate into defective UiO-66-NH2(Zr/Hf) for visible-light-driven hydrogen photogeneration

Appl. Catal. B Environ. Energy (IF 20.2)

Pub Date  : 2024-10-16

DOI : 10.1016/j.apcatb.2024.124715

Jun Dai, Lulu Yan, Weimian Yang, Ruisong Li, Yan Dong, Yijun Shen

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