近年來，以CO2為主的溫室氣體排放量迅速增加，造成的溫室效應(yīng)對人類賴以生存的自然環(huán)境產(chǎn)生了不良影響。在眾多 CO2 減排的技術(shù)中，光催化還原CO2可以從環(huán)境補(bǔ)救和能源生產(chǎn)兩個(gè)方面解決該類問題。但是CO2的分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，因此亟需開發(fā)一種能夠促進(jìn)電荷分離和轉(zhuǎn)移的光催化劑，使其為 CO2還原轉(zhuǎn)化提供所需電子。
近日，蘭州大學(xué)唐瑜教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于金屬有機(jī)框架(MOFs)轉(zhuǎn)換誘導(dǎo)預(yù)成核制備固溶體-氧化物異質(zhì)結(jié)光催化劑的普適性合成策略。
首先，將MOF(Ti)轉(zhuǎn)化成由MOF(Ce)和無定形TiO2組成的復(fù)合材料，即實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MOFs間的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)移金屬化過程中TiO2的預(yù)先成核為成功合成大半徑Ce4+溶解到小半徑的Ti4+中形成Ce1-xTixO2固溶體奠定了基礎(chǔ)。繼而通過內(nèi)源溢出，使CeO2溶解過飽和，從而形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)Ce1-xTixO2/CeO2。從透射電鏡圖可以看到異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，從原子級元素分布圖可以看到固溶體部分Ce、Ti占據(jù)相圖的原子位點(diǎn)。
分子中原子的定量能量和量子理論拓?fù)浞治霰砻?，即使Ti、Ce原子差異較大，MOFs間轉(zhuǎn)移金屬化的的第一步仍是原子取代反應(yīng)。通過動力學(xué)研究模擬了該具體反應(yīng)過程。 電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)和DFT計(jì)算表明催化劑表面可以保留更多的電子參與光還原反應(yīng)。 這項(xiàng)工作不僅發(fā)展了一種通過MOFs之間轉(zhuǎn)化制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑的方法，而且開辟了一類新型的固溶體-氧化物異質(zhì)結(jié)催化劑。 論文信息 A General Preparation of Solid Solution-Oxide Heterojunction Photocatalysts through Metal–Organic Framework Transformation Induced Pre-nucleation Dr. Jiaxu Wei, Dr. Xijiao Mu, Dr. Yang Hu, Prof. Liangliang Liu, Dr. Xiaoxia Wu, Dr. Qingyi Liu, Dr. Tong Zhang, Prof. Yong Peng, Prof. Jing Cao, Prof. Chun-Hua Yan, Prof. Yu Tang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202302986
