MOF/COF杂化材料用于高效光催化分解水制氢

氢能因其具有能量密度高、绿色无污染等优点，被认为是新型的能源载体，光催化分解水制氢是最理想的制氢途径之一。但是当前光催化分解水制氢催化剂存在着可见光利用效率低、光生电子与空穴易复合等缺点。近年，研究者们发现金属-有机框架（MOF）和共价-有机框架（COF）可以具有半导体性质，能够作为光解水制氢的催化剂，并且还表现出良好性能优势。特别是由共价键有序连接组装的COFs材料的可见光吸收利用率更具优势，其光催化制氢性能已经受到关注。此前基于COFs的光催化制氢的报道产氢效率远远低于预期，其重要原因是光生电子-空穴对的复合较强。

南京师范大学兰亚乾教授（点击查看介绍）团队利用一步法实现TpPa-1-COF与NH₂-UiO-66杂化，首次设计并构筑了共价键连接的MOF/COF光催化制氢催化剂，复合物中组分间的共价键连接可以使材料复合的更为坚固，更有利于光生电子通过异质结界面转移。杂化材料利用TpPa-1-COF优良的可见光吸收能力提高催化剂可见光利用率，共价键连接的NH₂-UiO-66/TpPa-1-COF异质结促进光生电子与空穴的有效分离，同时该催化剂继承了多孔材料COF和MOF突出比表面积的优点。并且由于TpPa-1-COF和NH₂-UiO-66之间带隙的匹配，该MOF/COF杂化材料表现出优异的光催化活性，在可见光下该材料最佳产氢速率为23.41 mmol g^-1 h^-1，比纯TpPa-1-COF提高约20倍，是当前基于MOF和COF的材料中光催化制氢性能最好的催化剂。

循环稳定性测试结果表明，该催化剂循环使用480小时性能基本保持不变。该研究结果表明TpPa-1-COF优良的可见光吸收能力，NH₂-UiO-66和TpPa-1-COF之间带隙的匹配，以及共价异质结界面的有效电荷转移是实现杂化材料优异的光催化活性的根本原因。该研究为设计和构建基于晶态多孔材料的高效光催化制氢催化剂提供了新策略。

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，论文的第一作者为哈尔滨理工大学的张凤鸣副教授及其硕士研究生盛敬莉，通讯作者是南京师范大学兰亚乾教授。

该论文作者为：Feng-Ming Zhang, Jing-Li Sheng, Zhao-Di Yang, Xiao-Jun Sun, Hong-Liang Tang, Meng Lu, Hong Dong, Feng-Cui Shen, Jiang Liu, and Ya-Qian Lan

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Rational Design MOF/COF Hybrid Materials for Photocatalytic H₂ Evolution in the Presence of Sacrificial Electron Donors

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 12106-12110, DOI: 10.1002/anie.201806862

兰亚乾教授简介

兰亚乾，南京师范大学化学与材料学院教授，博士生导师。长期致力于晶态材料在能源领域的应用探索。2009年获得东北师范大学物理化学博士学位，2010-2012年日本学术振兴会(JSPS)博士后，日本产业技术综合研究所（AIST）关西中心外国人特别研究员，2012年底加入南京师范大学。先后获得教育部青年长江学者奖励计划，国家优秀青年科学基金，江苏省“双创团队”领军人才、江苏省杰出青年基金、江苏省“双创计划”高层次人才、江苏省特聘教授等人才称号。现任南京师范大学校学术委员会委员，化学与材料科学学院教授委员会主任。曾获吉林省优秀博士论文，吉林省自然科学三等奖（排名第一），黑龙江省自然科学技术学术成果二等奖（排名第二）。独立工作以来在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Soc. Rev. 等期刊上发表通讯作者论文100余篇，20余篇论文影响因子在10.0 以上。论文被他引8500多次， ESI高引论文15篇，个人H-index 50。

http://www.x-mol.com/university/faculty/11733