通过将碳点嵌入金属有机框架中来实现双重微环境调控，从而用于光催化产氢

《Journal of Colloid and Interface Science》：Dual microenvironment modulation via carbon dots incorporated into metal-organic frameworks for photocatalytic hydrogen production

　　

刘胜军|何帆|朱玉婷|宋娜|张梦楠|向腾飞|张奎

摘要

基于界面相互作用，合理设计了异质结构光催化剂，以实现光生载流子的有效分离，这对于提高光催化产氢效率至关重要。碳点（CDs）在催化领域具有巨大潜力；然而，它们显著的聚集倾向以及对表面环境的强烈依赖性给该领域的进一步发展带来了严峻挑战。在本研究中，将两种类型的碳点——羧基功能化碳点（CA-CD）和氨基功能化碳点（CP-CD）封装到Ti-MOF-R（R代表官能团，R = -H、-NH₂、-Br、-NO₂）中，构建了CD@Ti-MOF-R异质结构。Ti-MOF的内部孔隙为碳点提供了高度分散的锚定位点，这种微环境有效缓解了聚集对催化活性的负面影响。Ti-MOF连接剂上引入的不同电子取代基在碳点周围形成了特定的微环境，这种微环境调节了Ti-MOF-R与碳点之间的界面电子转移，使得催化活性呈现出-NH₂ > -Br > -H > -NO₂的顺序。其中，CA-CD@Ti-MOF-NH₂的产氢速率为950 μmol g^?1·h^?1，分别是CA-CD@Ti-MOF和Ti-MOF的20倍和307倍。MOF的取代基团影响了MOF-CD界面处的电荷转移。值得注意的是，在CA-CD的-COOH基团与Ti-MOF-NH₂的氨基之间形成了酰胺键（Ti-N???H-O-C），为光生电子-空穴对的分离和传输提供了高效途径，从而提高了电荷迁移效率。通过利用多种功能性配体调节Ti-MOF的电子微环境，本研究阐明了CD@Ti-MOF杂化物的内在结构-活性关系，并提出了一种可行的配体工程策略，用于制备低成本、高效率的光催化产氢催化剂。