从紫外到近红外光响应的MOF复合材料:等离子体和上转换增强的光催化

受当前能源和环境问题的影响,可再生能源的高效利用受到广泛关注。太阳能作为一种清洁的可再生能源,通过光催化转换成化学能,有望解决当前和未来能源供应的需求。太阳光谱由5%的紫外光,42-45%的可见光和50%以上的近红外(NIR)光组成,然而目前研究的光催化剂,大多仅吸收紫外光,或者吸收一部分可见光,这大大限制了太阳能的有效利用。因此,可控制备具广谱吸收特性(紫外到近红外光区域)的光催化剂,实现太阳能的有效利用,将太阳能到氢能的转换在通往实际应用的道路上继续推进,具有重要性和迫切性。

近日,来自中国科学技术大学江海龙教授课题组成功制备了具广谱吸收特性的核壳型复合材料([email protected]/Au)。其中MOF主要对UV光有响应,具有等离子共振效应的Au纳米颗粒吸收可见光,而镧系元素掺杂的上转换纳米粒子(UCNPs)可将NIR上转换为UV和可见光,从而被临近的MOF和Au再次收集,这样就实现了复合材料从UV到NIR区域的吸收利用。该复合材料在UV,可见光甚至NIR激光照射下均表现出了可观的产氢速率。作者通过一系列的实验表征对光催化机理做出了合理的解释。

在这个工作中,首次将等离子体激元和上转换效应整合到MOF材料中应用于光催化,极大地拓展了光的吸收和利用,这为开发新型高效具广谱吸收特性的光催化剂提供了重要的借鉴。

相关工作发表在Advanced Materials 上(DOI: 10.1002/adma.201707377)。

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