近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所太陽能研究部中科院院士李燦、研究員章福祥等在新型寬光譜捕光催化劑開發(fā)研究中取得新進(jìn)展，設(shè)計(jì)合成了一種Cd-MOFs新結(jié)構(gòu)單晶，具有寬光譜可見光吸收功能，以及可見光催化水氧化和水還原雙功能性能。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

　　利用太陽光催化分解水制氫是轉(zhuǎn)化太陽能到化學(xué)能的一種重要方式，其太陽能轉(zhuǎn)化效率是由光催化劑的捕光效率、電荷分離效率和表面催化效率的乘積共同決定的，其中捕光效率受半導(dǎo)體光催化的吸光范圍影響，一般吸光范圍越寬其理論太陽能轉(zhuǎn)化效率越高，由此可見光催化劑具有寬光譜捕光是實(shí)現(xiàn)太陽能高效轉(zhuǎn)化的前提和基礎(chǔ)。近年來，李燦、章福祥等人圍繞寬光譜捕光催化新材料的開發(fā)進(jìn)行了大量探索研究，相繼設(shè)計(jì)合成了系列氮摻雜氧化物（J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 5651–5659; Chem.Commun., 2014, 50, 14415-1441; J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 18870–18877; Dalton Trans., 2017, 46, 10707-10713）、鹵氧化物（Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1701392），以及含氧酸鹽（Adv. Energy Mater. DOI:10.1002/aenm.201801660）等新型寬光譜可見光響應(yīng)新材料，展示了可見光激發(fā)催化分解水放氫和放氧半反應(yīng)性能，顯示了在太陽能到化學(xué)能轉(zhuǎn)化的應(yīng)用前景。

　　在本工作中，該研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)將寬光譜捕光新催化劑開發(fā)拓展至金屬有機(jī)框架（MOFs）類材料，發(fā)現(xiàn)Cd-MOFs材料在可見光激發(fā)下具有水氧化和水還原的雙重功能。通過合理選擇1,3,6,8-四（4-羧基苯）芘作為有機(jī)配體，與鎘離子配位合成出了新型的二維鎘基金屬有機(jī)框架單晶材料（Cd-TBAPy）。研究表明，該材料不僅具有良好的可見光吸收功能，同時(shí)具有合適的能帶位置，能夠滿足光催化水分解的熱力學(xué)要求。光催化測(cè)試表明，在擔(dān)載合適的助催化劑及使用犧牲試劑的條件下，該材料可以在可見光照射下分別實(shí)現(xiàn)水氧化和水還原半反應(yīng)，且在420nm光照射下，測(cè)得產(chǎn)氧反應(yīng)的表觀量子效率（AQE）為5.6%。通過熒光光譜和理論計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，合適的助催化劑擔(dān)載及Cd-TBAPy具備的二維層狀π共軛體系共同作用是該材料表現(xiàn)出獨(dú)特光催化性能的主要原因。該研究結(jié)果表明MOFs類材料在光化學(xué)轉(zhuǎn)化應(yīng)用方面具有一定前景。

　　該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院和大連市等方面的基金支持。