【摘 要】
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金属-有机框架（MOFs）因其丰富的配位键和非绝对的晶态有序结构,在光催化领域呈现出广阔的发展前景,但其催化活性受到严重的载流子复合问题的阻碍。为此,人们开发了多种解决策略,包括缺陷工程、助催化剂修饰、形成异质结等。其中,合理设计MOFs及其复合材料有效促进载流子的迁移与分离和创建内置电场作为电荷分离的驱动力呈现出广阔的发展前景。以此为突破口,本文在概述了光催化与压电催化的研究机理,材料组成与特点
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金属-有机框架（MOFs）因其丰富的配位键和非绝对的晶态有序结构,在光催化领域呈现出广阔的发展前景,但其催化活性受到严重的载流子复合问题的阻碍。为此,人们开发了多种解决策略,包括缺陷工程、助催化剂修饰、形成异质结等。其中,合理设计MOFs及其复合材料有效促进载流子的迁移与分离和创建内置电场作为电荷分离的驱动力呈现出广阔的发展前景。以此为突破口,本文在概述了光催化与压电催化的研究机理,材料组成与特点,应用体系与前景的基础上,首先系统研究了通过羧基辅助配位方法制备紧密连接的MOFs异质结高效的驱动太阳能光催化分解水反应,并初步探究了通过压电势驱动MOFs晶体结构产生内部极化,从而促进光生电荷有序迁移与分离最终协同促进光-压电催化活性。细节如下:1.通过羧基辅助配位路线,羧基修饰的MXene能够提供与Ui O-66-NH2（Zr/Ti）配位的强相互作用键,从而制备紧密连接的Ui O-66-NH2（Zr/Ti）/羧基功能化MXene（记为UZT/CFMX）异质结构。这是第一例通过配位键直接键合MOFs参与异质结构的实例。修饰羧基的关键性作用可以确定为:1)有助于在两种材料之间建立强大的配位键;2)作为桥梁促进电子从MOFs转移到MXene,从而抑制载流子复合;3)最有趣的是,羧基上的碳原子与水中的氧形成键,促进水解离成OH*和H*,从而为促进光催化分解水增加了额外的反应途径。因此,所得到的UZT/CFMX具有高效的太阳能驱动光催化分解水的性能,其析氢速率高达2187μmol g-1 h-1。本工作提供了一种有效的羧基辅助配位途径,可以在MOFs基复合材料中建立强相互作用键,从而促进电荷转移过程和提高光催化活性,这种方法可以推广到未来高性能光催化异质结的设计。2.选用经典的MIL-125-NH2（Ti）探究压电光催化产氢,成功地制备了具有{001}晶面呈现圆饼状形貌的T0,具有{111}晶面呈现八面体形貌的T1。在催化应用过程中,我们发现T0和T1可以在超声条件下进行水分解,并且探究了晶面调控对压电光催化活性的影响。重要的是,具有{111}晶面的T1在压电势的作用下具有较高的电导率和较好的压电瞬态电流响应,促进了载流子的快速迁移与分离,因而T1的压电光催化析氢表现出更佳的活性。进一步地,通过压电沉积实验证明在压电作用下,MIL-125-NH2（Ti）可以产生部分电子迁移到MOFs表面促进水分解。本工作初步探究了结合压电催化和光催化的优点,在MOFs材料中创造内建电场作为电荷分离的驱动力,为纯MOFs材料建立压电光催化提供了一种独特的解题思路,使水还原的方法多元化。
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