近日，威尼斯官网研究生李召在国际高水平期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials，中科院一区，IF: 19.924）上发表了题为“局域表面等离子体共振促进金属有机框架基光催化制氢”（Localized surface plasmon resonance promotes metal-organic framework-based photocatalytic hydrogen evolution）的重要成果，李召同学为第一作者，材化学院廉孜超教授为该文章唯一通讯作者，威尼斯886699材化学院是唯一完成单位。
由于化石燃料的不可再生性以及其燃烧往往伴随着氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳等有害气体的产生，寻找洁净、可再生高效的能源材料替代化石燃料具有重大意义。光催化技术具有清洁环保的优势，已被广泛应用于能源转换、有机合成和环境修复等领域。光催化分解水制氢是解决能源危机和环境污染的重要途径。光生电子-空穴对的有效分离是提高光催化析氢反应（HER）活性的关键。其中，利用金属纳米颗粒（NPs）改性半导体催化剂，将具有局域表面等离子体共振（LSPR）的金属NPs与金属有机框架（MOF）基光催化剂相结合被认为是一种实现电子-空穴对高效分离的有效方法。
该研究以NH2-UiO-66作为MOF基底，分别在内部和外部修饰具有LSPR效应的Au NPs和CdS NPs，合成了Au@NH2-UiO-66/CdS三元复合材料。Au NPs的LSPR效应和助催化剂的作用有效地促进电荷转移和载流子寿命。在可见光照射下，Au@MOF/CdS的光催化活性（664.9 μmol g-1 h-1）分别是CdS（23.6 μmol g-1 h-1）和CdS（185.8 μmol g-1 h-1）的28倍和3.6倍。此外，本研究还发现Au NPs的大小是影响光催化HER过程的关键因素。本研究利用飞秒瞬态光谱技术首次揭示了具有强LSPR效应的MOF基复合光催化剂（Au@NH2-UiO-66/CdS）表面载流子转移机制，从而清晰地确定了Au@NH2-UiO-66/CdS中载流子的两种转移路径，如图1所示。在Au@MOF/CdS复合材料中，MOF不仅是CdS产生的电子到Au的中转站，还是等离子体Au产生热电子的接收器。因此，LSPR诱导的Au NPs热电子转移是延长载流子寿命、提高光催化性能的重要诱因。
该研究结果可为其他具有LSPR效应的高效光催化剂设计提供理论指导。该工作得到了国家自然科学基金和上海市原创探索类基金的支持。
图1.在可见光照射和等离子体激发下，Au@NH2-UiO-66/CdS在光催化HER过程中的光诱导载流子动力学示意图
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文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303069
供稿：材化学院