南开大学赵斌课题组 J. Mater. Chem. A 强碱稳定的芘基MOF高效光催化水分解产氢
第一作者:杨国利
通讯作者:侯胜利,赵斌
DOI:10.1039/d3ta02520a
本文亮点
利用软硬酸碱理论为指导,以1,3,6,8-四(吡啶-4-基)芘(TTPy)为配体,二价锌为金属盐,通过调节酸的种类,实现了一维链状结构到三维锌-有机骨架的合成。其中,获得的三维Zn-TTPy具有良好的光吸收特性和优异的耐碱性。该材料在TEOA溶液中可以保持结晶状态,甚至在5 M NaOH水溶液中能保持稳定。光催化研究表明,将三维Zn-TTPy用于光催化水产氢,氢气的析出速率达到315 µmol-1·g-1·h-1。
前沿
2023年07月,Journal of Materials Chemistry A杂志在线发表了南开大学赵斌教授团队在MOFs光催化水分解产氢领域的最新研究成果。该工作报道了一例由1,3,6,8-四(吡啶-4-基)芘构建的可耐强碱的MOF结构,在可见光下可以高效稳定的光催化水分解产氢。论文第一作者为:杨国利,论文共同通讯作者为:侯胜利,赵斌。
图文解析
研究人员首先合成了一种具有优异的光吸收能力的芘类大共轭配体1,3,6,8-四(吡啶-4-基)芘(TTPy)。合成路径如Scheme 1.所示。
利用合成的配体,通过溶剂热法合成了一例一维的配合物(2)。随后,通过改变酸调节剂为硝酸,实现了三维框架材料Zn-TTPy的合成(1), 该三维MOF具有25.5%的孔隙率,其结构如图二所示。
稳定性测试表明,所得到的三维锌MOF具有优异的碱稳定性,可以稳定存在于5M NaOH水溶液中。紫外可见漫反射光谱测试表明,该三维材料的光吸收边缘可以达到600 nm,带隙为2.21 eV,如图二所示。
机理研究表明,Zn-TTPy具有较好的光催化活性,归因于其高的碱稳定性、吸光能力、良好的光电流响应以及合适的带隙和能级。此外,三维框架中配体TTPy间的π-π堆积相互作用也促进光催化效率。
理论计算证明,三维锌基MOF的带隙宽度为2.33 eV,和实验值相吻合。此外,三维结构的锌基MOF结构相比于一维结构,其具有更小功函数,态密度结果表明锌和草酸配位的链状节点和铋基配体对MOF的光吸收都有促进作用。
全文小结
作者通过Suzuki偶联反应,合成了一种芘基配体,1,3,6,8-四(吡啶-4-基)芘(TTPy)。以锌为金属盐,通过控制酸调节剂的种类,实现了一维链状结构到三维锌-有机骨架的合成。其中,获得的三维Zn-TTPy具有良好的光吸收特性和优异的耐碱性。该材料在TEOA溶液中可以保持结晶状态,甚至在5 M NaOH水溶液中能保持稳定。光催化研究表明,该三维Zn-TTPy在可见光下反应,其催化分解水产生氢气的析出速率可以达到315 µmol-1·g-1·h-1。
文献信息
Guo-Li Yang, Yao Xie, Zhuo-Hao Jiao, Jian Zhao, Sheng-Li Hou, Ying Shia, Jie Han, and Bin Zhao.
Strong-Alkali Resistant Zinc-Organic Framework with 1,3,6,8-tetra(pyridin-4-yl)pyrene for Efficiently Photocatalytic Hydrogen Evolution.
Journal of Materials Chemistry A 2023, 11, 16255.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/TA/D3TA02520A
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