ChemPhotoChem:巯基修饰MOF 材料负载CdS纳米颗粒实现高效可见光裂解水产氢

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首都师范大学化学系万重庆课题组利用具有第二配位作用的多孔配位聚合物UiO-66-(SH)2, 通过两步的合成控制方法,成功实现硫化镉CdS半导体在多孔材料上的配位负载,构建了具有S-Cd配位作用的高效可见光裂解水产氢催化剂,产氢效率高达3.8 mmol·g-1·h-1


在探索新能源替代传统能源的研究中,光催化裂解水制备氢气是一条非常有前途的道路。CdS作为一种常见的半导体光催化剂,具有2.4 eV的较窄带隙和良好的可见光吸收能力,且较高的导带电位也有利于发生还原质子的产氢反应。但如何有效抑制CdS的光催化反应时电荷-空穴复合率,提高其分散性和大比表面积,以提高光催化裂解水产氢效能,一直是人们努力的方向。



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Figure 1 用两步法合成具有配位作用的异质结UiO-66-(SH)2-CdS-x

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Figure 2 XPS、FT-IR光谱及N2吸附的孔径分布监测材料在CdS逐量负载过程中-SH与Cd2+的配位作用。

课题组利用具有巯基官能团-SH的MOF材料UiO-66-(SH)2作为载体,通过两步法,首先阳离子Cd2+与脱质子的-S-定量配位,然后逐渐添加S2-源,实现CdS纳米颗粒在MOF多孔中原位逐量的配位作用负载。此种方法充分利用了MOF这种框架材料多孔结构和限域作用,实现CdS纳米颗粒的充分分散和大比表面积,有效避免了团聚;同时-SH与CdS颗粒之间特殊的配位作用,利用XPS详细观察了由小负载量(配体与CdS比为0.4)到大负载量(2.5)这个过程中-SH的S2p峰位的逐渐减弱消失,验证了该-SH在负载CdS的过程中配位的重要作用,与FT-IR红外光谱图变化一致。


这种具有巯基配位作用的UiO-66-(SH)2-CdS-x异质结,实现了复合催化剂中CdS的高剂量负载不团聚、高效电荷-空穴分离和载流子传输效率,在铂辅助催化下,抗坏血酸作为牺牲剂的溶液中高达37729 μmol·g-1·h-1的可见光下高产氢效率。并且由于MOFs的多孔载体材料的负载,该催化材料表现为高循环稳定性,为新型高效光催化裂解水催化产氢催化剂的设计合成提供新方法。

文信息

Thiol-functional MOF Bonded with Cubic CdS: A New Synthesis of Heterostructure with High Activity for Splitting Water Into H2 Under Visible Light Irradiation

Yi-Fan Wang, Jie Sun, Yu-Chen Han, Li Feng, Guo-Qiang Li, Hui Gao, Xiao-Ling Gu, Si-Yuan Hu, Prof. Yu-Heng Deng, Prof. Chong-Qing Wan

文章第一作者为王逸帆


ChemPhotoChem

DOI: 10.1002/cptc.202200017




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