广东工业大学何军教授最新Small:硫醇MOF,螯合过渡金属用于光催化产氢

摘要:广东工业大学何军教授、钟礼匡博士等人的实验结果表明,硫醇能够有效与过渡金属形成强配位作用,从而稳固光催化中心,实现高效的光催化产氢性能
图片

光催化水分解产氢被认为是制备清洁能源氢气(H2)的一种有效手段,其关键基础和核心挑战是开发高效、稳定且低成本的光催化材料。金属有机框架(MOFs)因具有高比表面积,精准的结构设计和性能可调等优点在光催化产氢方面显示出巨大的潜力。然而,受限于催化活性差,许多MOF仍需引入贵金属(如PtPd)来提高光催化活性。有机功能配体选择芳香羧酸-硫醇组合(即)来组装MOF体现出巨大的优势:一方面化学上硬的羧基倾向于结合硬金属离子(如Zr4+)形成稳定的多孔金属羧酸网络,另一方面较软的硫醇基团游离,用于螯合过渡金属,构建高效稳定光催化剂。

广东工业大学何军教授研究团队长期专注于含硫MOFCOF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, 2214450; Adv. Funct. Mater.2022, 2112072Adv. Funct. Mater.2022, 2210717; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 1070; Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 3227; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 28, 31942; Small 2022, 2206724;J. Mater. Chem. A.2022, 10, 23195)。

基于团队前期的研究基础,广东工业大学何军教授、钟礼匡博士等人通过利用邻位硫醇配体(H2dcbdt)和Zr4+组装得到高稳定性的UiO-66-dcbdt框架,通过后修饰在邻位硫醇基团上螯合过渡金属(CuFeNi)形成明确的[S-M-S]的不饱和金属催化位点。光催化实验表明,对比其它过渡金属,UiO-66-dcbdt-Cu具有最好的HER速率(4.18 mmol g−1 h−1),而原始MOF则无光催化产氢活性。为了避免外加光敏剂,UiO-66-dcbdt-Cu进一步与TiO2复合成异质结材料,HER速率可提升至12.63mmol g−1 h−1,优于大多数报道的MOF@TiO2复合材料。实验结果表明,硫醇能够有效与过渡金属形成强配位作用,从而稳固光催化中心,实现高效的光催化产氢性能。

总之,通过预留配位原子精准锚定特定金属催化中心,既能保留框架长程有序结构和稳定性,还能实现原子水平上的催化剂分散,有效克服催化剂团聚、失活等问题,实现高效光催化产氢。该工作以题为“Utilizing Metal-Thiocatecholate Functionalized UiO-66 Framework for Photocatalytic Hydrogen Evolution Reaction”在顶级期刊《Small》上发表。

图片1. UiO-66-dcbdt的合成策略
图片2. UiO-66-dcbdtUiO-66-dcbdt-Cu的表征
图片3. UiO-66-dcbdtUiO-66-dcbdt-CuXPS表征及光催化性能
图片4. UiO-66-dcbdt-M析氢机理表征


文献信息:
Hao Zhong, Song Chen, Zhixin Jiang, Jieying Hu, Jiale Dong, Lai-Hon Chung*,Qia-Chun Lin, Weihui Ou, Lin Yu, and Jun He*. Utilizing Metal-Thiocatecholate Functionalized UiO-66 Framework for Photocatalytic Hydrogen Evolution Reaction.Small2023, 2207266.
DOI: 10.1002/smll.202207266

通讯作者简介
图片
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。


查看更多
相关阅读
热门标签
水裂解 东京大学 华南师范大学 齐齐哈尔大学 布里斯托大学 bromide 光催化交流研讨会 二维富勒烯 芝加哥大学 香港大学 寡聚物 氮化硼 酮烯胺 电化学 光电催化 烯烃 Nature 曼彻斯特大学 偶联 磁力搅拌器 前景 华中科技大学 江苏大学 宾夕法尼亚大学 β-内酰胺 聚合物 四川大学 大连工业大学 北京大学 福州大学 光催化 中国科学技术大学 洛桑联邦理工学院 羧化反应 华南理工大学 光合成生物学 郑州大学 康奈尔大学 氟聚合物 南京理工大学 偶氮苯 剑桥大学 华东理工大学 中国矿业大学 光催化反应器 华中师范大学 硼化 有机 中国科学院 陕西科技大学 g-C3N4 光催化产业化 光生电荷 光电共催化 插烯反应 武汉大学 光流体反应器 钍簇 同济大学 复旦大学 光化学反应釜 广东工业大学 水制氢 阿德莱德大学 ​Angew OER 厦门大学 三甲基氯硅烷 光化学 浙江大学 CO2还原 加州大学洛杉矶分校 甲烷 中山大学 Au-CeO2 光催化产氢 吉林大学 自由基 普林斯顿大学 安徽大学 多电子 光氧化 加州理工大学 氮杂环丙烷 南开大学 光化学反应仪 中国地质大学 大连理工大学 香港城市大学 贵州大学 西湖大学 新加坡国立大学 山东大学 氢烯基化 工业级光流体反应器 糠醛 光催化水分解 可换光源 水凝胶 喹啉 臭氧氧化 重庆大学 清华大学 光化学衍生装置 叠氮化物 北京理工大学 加州大学伯克利分校 开普敦大学 Science JACS 平行光反应仪

18221306212