通過(guò)光催化反應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為清潔的H2燃料是可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)有前景的策略。然而，目前大多數(shù)光催化劑的催化效率相對(duì)較低、光吸收能力弱和嚴(yán)重的光生空穴和電子重組，這限制了光催化產(chǎn)氫的進(jìn)一步發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)具有可見(jiàn)光吸收和性能高效的太陽(yáng)能-化學(xué)能轉(zhuǎn)換材料對(duì)于光催化產(chǎn)氫的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。
近日，加拿大國(guó)立科學(xué)研究院(INRS)馬冬玲課題組通過(guò)一步法來(lái)構(gòu)建等離子體的銀納米粒子(Ag NPs)和銀卟啉MOM(Ag MOM)混合結(jié)構(gòu)(Ag-Ag MOM)。其中，原位生長(zhǎng)策略使Ag NPs和Ag MOM能夠共享界面處的Ag原子，以在兩種化合物之間形成親密界面。材料表征結(jié)果顯示，得益于清潔的界面，在這些異質(zhì)結(jié)中觀察到了強(qiáng)的拉曼增強(qiáng)；并且等離子體納米粒子向Ag MOM的電荷轉(zhuǎn)移。還有就是，通過(guò)共享Ag原子，Ag NPs穩(wěn)定了一般不穩(wěn)定的基于Ag節(jié)點(diǎn)的卟啉MOM。該系統(tǒng)綜合了等離子體Ag納米粒子寬的吸收光范圍、有效的電荷/能量轉(zhuǎn)移、還原能量水平的提高以及薄Ag MOM中快速的物質(zhì)擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，因此，Ag-Ag MOM的可見(jiàn)光光催化H2產(chǎn)生速率(1025 μmol h?1 g?1)顯著提高，并且在全光譜照射下產(chǎn)氫速率最高達(dá)到3153 μmol h?1 g?1。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算，研究人員提出了Ag-Ag MOM光催化體系的可能的SPR增強(qiáng)機(jī)理：在光照射下，等離子體Ag NPs和激發(fā)的Ag MOM之間的強(qiáng)相互作用促進(jìn)了光催化H2。雖然金屬Ag也可以作為光還原H2O的輔助催化劑，但是由于Ag-Ag MOM和Ag-Cu MOM的光催化活性相對(duì)較低，所以它并不起主導(dǎo)作用。綜上，這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了等離子體納米銀與金屬-有機(jī)基質(zhì)的協(xié)同作用對(duì)提高光催化劑性能的重要性，這為有效地連接金屬-有機(jī)基質(zhì)和等離子體納米顆粒提供了理論基礎(chǔ)。Silver Nanoparticle Enhanced Metal-Organic Matrix with Interface-Engineering for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-35981-8
