二維金屬有機框架中長壽命電荷分離態有大作用

　　近日，中科院大連化學物理研究所研究員金盛燁團隊與研究員孫承林團隊合作，在二維金屬有機框架（MOFs）載流子動力學研究方面取得了新進展，提出并論證了長壽命內部電荷分離態對二維 MOFs光催化性能的提升具有關鍵作用。相關研究成果發表于《美國化學會能源快報》。

　　金屬有機框架作為一種有機-無機雜化類材料，具有種類多樣、結晶性高、比表面積大、結構和功能易調節等特點，是太陽能轉化與利用領域中的熱點材料。近年來，人們發現制備二維MOFs納米片能夠大幅提升MOFs材料的光催化反應性能。此前，傳統觀點認為納米片結構能夠直接縮短載流子的擴散距離，并且更有利于表面活性位點的暴露，是導致其光催化性能提升的關鍵因素。然而，由于缺乏對光生載流子分離及提取動力學的研究，該過程對二維MOFs光催化性能的貢獻并不明確，確切的光催化反應機理也尚不清晰。

　　本工作中，團隊利用瞬態吸收光譜技術，對塊體MOFs材料及其超聲剝離的MOF納米片中的光誘導載流子動力學過程進行了系統研究。研究發現，二維 MOF納米片中形成了一個長壽命、高布居的內部電荷分離態，該電荷分離態能夠有效促進光生電子由MOF向助催化劑的轉移，并使其電荷提取效率相比于塊體MOFs提升了7.9倍。該結果與二維MOFs納米片光催化水分解制氫反應性能的提升相符，表明了長壽命電荷分離態的形成是導致光催化性能提升的關鍵因素。此外，團隊結合X射線光電子能譜、拉曼光譜等表征技術，發現了內部電荷分離態的形成與錳離子配位環境的變化有關。

　　該工作揭示了內部電荷分離態對二維 MOFs納米片光催化性能的提升具有關鍵作用，為高效MOFs光催化的設計和應用提供了理論指導。