福建物構(gòu)所鈦氧團(tuán)簇基復(fù)合光催化材料研究獲進(jìn)展

　　為解決當(dāng)前的能源與環(huán)境問題，光解水產(chǎn)氫具有重要研究意義，但目前研發(fā)的催化劑在光響應(yīng)范圍、光生載流子分離效率、穩(wěn)定性及產(chǎn)氫活性等方面還存在很多問題。比如常用的二氧化鈦材料僅在紫外光區(qū)作用，限制了太陽能利用效率；而可見光響應(yīng)的硫化鎘材料效率較低，并且穩(wěn)定性差。因此，制備高效、穩(wěn)定的可見光驅(qū)動產(chǎn)氫催化體系仍舊是一個非常大的挑戰(zhàn)。

　　中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室研究員張健和張磊領(lǐng)導(dǎo)的無機合成化學(xué)團(tuán)隊從反應(yīng)機理出發(fā)，有目的地設(shè)計了一系列基于鈦氧團(tuán)簇的復(fù)合光催化材料體系。通過溶劑熱反應(yīng)，分步將硫化鎘納米顆粒與鈦氧團(tuán)簇原位自組裝到多孔框架材料MIL-101中，得到具有良好可見光吸收的三元復(fù)合材料。同時，歸功于三組分之間的協(xié)同效應(yīng)，在沒有貴金屬作為助催化劑的條件下，其光解水產(chǎn)氫效率相較CdS/MIL-101二元材料有了大幅度提高。更有意思的是，通過改變鈦氧團(tuán)簇上修飾的有機配體的共軛特性，還可以進(jìn)一步對這一三元材料體系的催化活性進(jìn)行優(yōu)化，最終將產(chǎn)氫速率提高近50倍。光譜和電化學(xué)分析表明，在此復(fù)合體系中，鈦氧團(tuán)簇可以作為電子轉(zhuǎn)移媒介，將光生電子從硫化鎘顆粒分散到多孔材料表面，從而促進(jìn)電荷-空穴分離，提高催化活性。這項研究成果不僅建立了基于鈦氧團(tuán)簇的高效可見光驅(qū)動產(chǎn)氫催化體系，同時也從分子層面提供了調(diào)控并優(yōu)化其催化活性的有效工具。相關(guān)成果已發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Adv. Mater. 2017, 29, 1603369）。

　　該研究獲得科技部“973”計劃、國家基金委“無機-有機雜化功能材料”創(chuàng)新群體、中科院“新興與交叉領(lǐng)域”項目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）和國家杰出青年基金資助。此前該研究團(tuán)隊合成了世界上首例富勒烯型鈦氧團(tuán)簇（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2556）以及目前世界最高核Ti52團(tuán)簇（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7480），系統(tǒng)研究了鈦氧團(tuán)簇的能帶調(diào)控（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5160），并實現(xiàn)了鈦氧團(tuán)簇負(fù)載型金屬有機框架薄膜的制備（ACS Nano 2016, 10, 977）。

　　福建物構(gòu)所鈦氧團(tuán)簇基復(fù)合光催化材料研究獲進(jìn)展