Page 105 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 李亮荣，等: 基于 MOFs 材料光催化分解水制氢的研究进展 ·561·

（–6.08 eV vs. 真空能级）高，在界面处形成肖特基能 为脱氢抗坏血酸）。此外，Pt 的负载可使 Zr-ADBEB
垒，能带向下弯曲，经可见光照射，光生电子易通过 的界面电荷转移电阻从 5009 Ω 降至 2579 Ω，显著提
导带迁移至催化剂表面，而空穴易于沿着价带迁移至 高了 催化剂电荷 传输 能力。在可见光照射下，
催化剂体相，极大地促进了光生电子空穴的分离（图 Zr-ADBEB/Pt 最高制氢速率达 704 μmol/(h·g)，约为单
10d，其中，LAA 为抗坏血酸，可作为牺牲剂；dAA 一 Zr-ADBEB〔3.2 μmol/(h·g)〕的 220 倍。

图 10 Zr-ADBEB/Pt 材料的结构及制备（a~c）；Zr-ADBEB/Pt 材料的光催化制氢机制（d）；Zr-ADBEB/Pt 材料的 TEM
图（e） [99]
Fig. 10 Structure and preparation of Zr-ADBEB/Pt material (a~c); Photocatalytic hydrogen production mechanism of
Zr-ADBEB/Pt material (d); TEM images of Zr-ADBEB/Pt material (e) [99]

Pt 可负载于 MOFs 材料的表面，也可埋置于
5 结束语与展望
MOFs 的孔腔。然而，这两种不同的空间位置对 MOFs
光催化剂的电荷转移的快慢会产生显著影响，表现
光催化分解水制氢是以太阳能为推动剂制取氢
出不同的光催化制氢活性，XIAO 等 [100] 将 Pt 纳米粒
能的技术，它使太阳能与氢能融合发展，实现能源
子负载于交叉三维结构 UiO-66-NH 2 材料的孔腔和 开发利用低碳、零碳、负碳排放，是加速各国碳中
和目标实现的重要手段。若要使光催化分解水制氢
表面，分别制得 Pt@UiO-66-NH 2 和 Pt/UiO-66-NH 2
光催化剂并将其应用于光催化分解水制氢。研究发 技术取得突破性进展，其核心之一就是光催化材料
现，Pt 纳米粒子位于孔腔内的 Pt@UiO-66-NH 2 光催 改性研究。MOFs 作为一种良好的光催化分解水制
化剂中 UiO-66-NH 2 电子转移至 Pt 的路径更短，电 氢催化材料受到越来越多的关注。利用其比表面积
子空穴分离和转移效率更高，表现出更好的光电流响 和孔隙率高、结构可调等结构特性，可通过采用半
应和光催化效率，其制氢速率可达 257.38 μmol/(h·g)， 导体复合、金属离子掺杂、敏化剂修饰以及贵金属
约为 Pt/UiO-66-NH 2 的 5 倍。而在 JIANG 等 [101] 的研 负载等改性方法显著提高 MOFs 材料的光生电子空
究中也得到以上相同结论，即将 Pt 分散于 MOF 孔 穴对分离效率和光响应性，从而达到提高 MOFs 光
腔中较负载于 MOF 表面的光催化活性更高，该研究 催化分解水制氢能力的目的，在该领域表现出巨大
在所制备的 Pt@MIL-125 基础上，进一步引入具有 的应用潜力。
表面等离子 体共振效应 的 Au 纳米 棒制备了 氢能产业发展对当今新冠疫情之下的经济复苏
Pt@MIL-125/Au 光催化剂。通过肖特基能垒和等离 具有重要作用，随着各国碳中和目标的提出，构建
子体共振的协同作用，Pt@MIL-125/Au 的光催化分 低碳清洁的氢供应体系也逐渐成为了全球共识。国
解水制氢速率为 1743.0 μmol/(h·g)。可见，贵金属 际氢能委员会预测，到 2050 年全球对氢能需求将占
在改善 MOFs 材料光催化性能方面具有显著优势， 终端能源需求量的 18%，氢能相关产业将创造超 2.5
但其来源稀少，价格昂贵，限制了其广泛应用。未 万亿美元的市场价值，在交通运输、工业和电力方
来可尝试开发应用贵金属的替代物与 MOFs 复合构 面的应用也将减少 60 亿吨 CO 2 的排放 [102-103] 。若太
建高效光催化剂，降低成本。 阳光催化分解水制氢在工业上取得突破性进展，将