近日，亚洲通：产业技术研究院董鹏玉教授为第一作者、以亚洲通：为第一单位的研究论文“Hydrogen bond-assisted construction of MOF/semiconductor heterojunction photocatalysts for highly efficient electron transfer”在化学类顶级期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》 (357 (2024) 124297) 上发表。《Applied Catalysis B: Environment and Energy》是Elsevier旗下重要期刊，该期刊2023年影响因子为22.1，主要刊登催化化学领域高水平的研究成果，属于化学类Top期刊与中科院1区期刊。

金属-有机骨架(MOF)是一类新的功能材料，它具有晶体多孔结构，通过配体-金属电荷转移(LMCT)表现出光响应，并通过金属氧化物节点或有机连接剂的光吸收诱导光催化活性。Fe基MOF已被证明能有效地产生?OH自由基，使其可用于降解废水中的有害物质。然而，Fe基MOF对废水中重金属离子污染物的吸附性能相对较低，并且容易发生光生电子-空穴(e^??h⁺)对的复合，从而影响其光催化活性。近年来，研究人员通过引入桥接剂将MOF与半导体纳米粒子进行集成，制备了MOF/半导体杂化材料。然而，完全消除MOF与半导体材料之间的桥接有机连接剂(如4-巯基吡啶分子、苯甲酸分子等)仍然是困难的，这可能会抑制光诱导电荷的转移，从而对光催化活性产生不利影响。此外，许多MOF与半导体复合材料通常依赖于弱的范德华力，这必然导致稳定性较差以及光生e^??h⁺分离速率慢。因此，迫切需要开发由MOF/半导体组成的新型异质结构催化剂，通过半导体与MOF之间的强或中等结合力连接，以提高光催化效率和稳定性。

基于此，董鹏玉教授首次利用H₂O₂处理TiO₂纳米管表面吸附–OOH基团中的O原子与MOF中–NH₂基团的H原子之间的氢键结合，构建了由H₂O₂处理的TiO₂纳米管(H₂O₂-TNTs)和MIL-88B(Fe)-NH₂组成的新型MOF/半导体异质结光催化剂(标记为H-T/M)。H-T/M异质结光催化还原Cr(VI)的性能得到显著增强，归因于氢键通道(N···H–O–O–Ti)加速了界面电子转移动力学，这可以从飞秒瞬态吸收光谱得到验证。此外，基于密度泛函理论(DFT)计算的内置电场和电荷密度的差异为电荷转移提供了动力。研究为构建MOF/半导体光催化剂提供了一种新的策略和思路，有望在实现高效光催化脱除含铬废水方面起到重要作用。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337324006118?via%3Dihub

图片来源：产业技术研究院