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光催化析氢反应(HER)是生产清洁可再生能源的关键步骤，可以减轻对化石燃料的依赖并能有效的应对气候变化和环境污染，对我国实现 “双碳”目标具有重要意义。理想的光催化剂应具氧化还原活性高，光吸收能力强，成本低以及稳定性好等特点。多功能性的硫醇-羧基组合，在配位网络的定向组装中表现出极大的优势，尤其是金属中心与硫醇通过极强的配位键所形成金属-硫醇网络，具有高导电性、充足的反应活性位点和丰富的载流子转移路径等优势。
近年来，广东工业大学何军教授研究团队长期专注于含硫MOF、COF材料的设计合成（近期代表性成果请见Nat. Commun.2022, 13, 6116; Coord.
Chem. Rev. 2022, 450, 214235; Adv. Funct. Mater. 2023,2210717; Small, 2023, 2207266; ACS Appl.
Mater. Interfaces 2022, 14, 1070; Chin. Chem. Lett. 2022,33, 3227）。
基于前期报道高导电的金属-硫醇配位聚合物体系（Mater. Res. Lett., 2022, 10, 496-500），最近何军教授、钟礼匡博士联合新加坡科技研究局（A*STAR）徐政涛教授等人通过模板法将双金属的硫醇-羧酸配位网络M2DMBD-PL（M=Fe/Ni，DMBD=2,5-二巯基对苯二甲酸）纳米化，合成同构了的M2DMBD-NS纳米片。得益于M2DMBD-NS更高的比表面积和优异的溶液分散性，光催化产氢速率得到了明显的提升。之后，作者将M2DMBD-NS纳米片进一步插入CdS纳米片中构筑异质结复合材料，借助CdS优异的吸光能力，复合材料表现出比MOF纳米片更快的析氢速率，达到12.15 μmol mg−1 h−1。
总之，利用Fe-Ni之间的协同作用，结合多功能性的硫醇-羧基组合构筑双金属网络，在原子层面可以通过调控Fe/Ni比例，优化催化中心活性；在形态层面可以通过纳米化与异质结策略，利用CdS与MOF的紧密接触，实现高效光催化产氢效率。该工作以题为“Nanoscaling and Heterojunction
for Photocatalytic Hydrogen Evolution by Bimetallic Metal-Organic Frameworks”在国际顶级期刊《Adv. Funct. Mater.》上发表。
图1. M2DMBD的晶体网络结构
图2.M2DMBD-PL和M2DMBD-NS的制备策略
图3.Fe0.25Ni1.75DMBD-NS的基本表征
图4. M2DMBD的光催化性能
图 5. Fe2DMBD-NS,
Ni2DMBD-NS 和Fe0.25Ni1.75DMBD-NS的XPS分析
图 6.基于[Fe2Ni4]模型的电子密度差异图
图 7. Fe0.25Ni1.75DMBD-NS@CdS
1:2的基本表征
图 8. 不同比例的Fe0.25Ni1.75DMBD-NS@CdS异质结材料光催化性能
文献信息
Liangming
Tang, Qia-Chun
Lin, Zhixin
Jiang, Jieying
Hu, Zhiqing
Liu, Wei-Ming
Liao, Hua-Qun
Zhou, Lai-Hon
Chung*, Zhengtao
Xu*, Lin
Yu, Jun
He*. Nanoscaling and
Heterojunction for Photocatalytic Hydrogen Evolution by Bimetallic
Metal-Organic Frameworks.
Adv. Funct. Mater., 2023, 2214450. DOI:10.1002/adfm.202214450
作者简介
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何军，教授，博士生导师，广东省杰出青年基金获得者，广东省百千万青年工程拔尖人才，广东省重大人才工程团队核心成员，首批广东省高等学校优秀青年教师，广东省“千百十工程”培养对象，广东工业大学轻工化工学院副院长，化工材料学部学术分委员会副主任，“双带头人”党支部书记，国家基金、省基金等通讯评审专家，广东省科技咨询专家，广东工业大学培英育才计划第一层次人选，JACS, Angew等杂志长期审稿人，《广东工业大学学报》等期刊编委。主要围绕含硫MOF、COF的开发及其在高效制氢、CO2还原等能源催化及转换、环境保护等领域的应用开展研究。迄今为止在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater.等期刊上发表高水平SCI论文100余篇，申请美国专利1件和中国发明专利30余件，其中获得授权专利二十余件。先后主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金重点项目、广东省杰出青年基金项目、对外合作项目、粤港合作项目、海外名师项目等15项；主持和参与企业委托的攻关项目十余项。部分成果已在企业产业化探索。Email：junhe@gdut.edu.cn
原文链接
https://doi.org/10.1002/adfm.202214450
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