AM：新型水分解MOF光催化剂的设计构筑

光催化分解水制氢因其在清洁和可再生能源生产中的潜在应用而受到广泛关注。光催化分解水涉及三个主要过程，包括光收集、光生电子和空穴的分离和迁移，以及光催化剂表面的析氢和析氧反应。对高光收集和电子-空穴分离效率的追求是提高太阳能利用效率的关键，这推动了光催化材料的发展和优化。有效的电荷分离是整个水分解反应的关键因素，对于提高光电化学和光催化反应的性能非常重要。

有鉴于此，南开大学卜显和教授课题组报道了以NH2-UiO-66为主体光催化剂，内外分别负载Pt和MnOx作为助催化剂的异质结构材料，实现了可见光照射下，无牺牲剂光催化水全分解反应。

       该光催化剂——Pt@NH2-UiO-66@MnOx(PUM)利用MOF材料在结晶过程中易于形成包覆结构的特性，以NH2-UiO-66为主体光催化剂，在其内部包覆产氢助催化剂Pt颗粒，外部原位沉积产氧助催化剂MnOx，实现了在单一MOF光催化剂上两种助催化剂空间分离。通过制备一系列助催化剂空间分布不同的NH2-UiO-66光催化剂，利用瞬态荧光光谱及瞬态吸收光谱表征技术，证明负载空间分离型双助催化剂的最优样品具有最长的载流子寿命和最快的载流子转移速率。与原始的NH2-UiO-66、Pt@NH2-UiO-66（PU）和NH2-UiO-66@MnOx(UM)相比，PUM样品显示出高的制氢活性。作为助催化剂，铂倾向于捕获电子，而氧化锰倾向于收集空穴。可见光照条件下，电子和空穴向金属-有机框架光催化剂的内部和外部流动，在相应的助催化剂上积累，然后参与氧化还原反应。同时，该设计亦可同时加速氧化还原反应动力学，使PUM样品在无牺牲剂下可驱动水的全分解反应，表明其有用于整体水分解反应的MOF型半导体改性方法的潜力。

       该工作基于水稳定金属有机框架材料多孔利于传质的特性，首次以负载内外分离型双助催化剂的方法，实现了该类材料在无牺牲剂条件下水的全分解。

       这一成果近期发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202004747）上，文章的第一作者是南开大学材料科学与工程学院博士后张冀杰。