【写作竞赛】一种新型可见光光解水制氢催化剂:以MOF为模板制备Fe2O3 /TiO2纳米复合材料

近年来,随着全球能源需求的增长,寻找一种清洁、高效的能源引起了人们的广泛关注,氢能由于具有零污染和高能量密度等优点,被认为是未来很有前途的绿色能源之一,掀起了广大学者的研究热潮,但如何简单、廉价的制备H2成为制约其实际应用的关键因素。自1972年日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报导了TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象后,利用太阳能直接分解水制氢变得可能,并开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化的演变和TiO2以外的光催化剂的相继发现,兴起了以光催化方法分解水制氢的研究,并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。

多孔金属有机框架化合物(MOFs)由于具有孔径可调、大比表面积、骨架结构多样性、不饱和的金属配位和表面可修饰能等性能,正迅速发展并成为材料、化学、环境领域的研究热点。近年来,国际和国内许多研究小组在MOFs的设计、合成、优化与功能开发方面都取得了许多令人瞩目的成果。目前,就以MOF为模板制备复合材料引起了学者们的广泛关注。 

就如何寻找一种高效、廉价、制备简单的光解水制氢催化剂, 美国北卡罗莱纳大学的Wenbin Lin研究小组以MIL-101(Fe)为模板,在其表面包覆一层无定形TiO2,高温烧结后成功制备了一种 Fe2O3 /TiO2 纳米核壳材料,可以有效的吸收可见光,在可见光下表现出了优异的催化光解水制氢性能,氢气的产生量随着时间的延长线性增长,48h后,每 1 mg Fe2O3/TiO2 产生 30.0 μmol H 2,并且该催化剂可以重复使用, 而以 Fe2O3 和 TiO单独任何一种金属氧化物作为催化剂,均不能在可见光下催化光解水制氢。