Nickel phosphonate MOF as efficient water splitting photocatalyst

光催化 三斜晶系 膦酸盐 微型多孔材料 催化作用 分解水 材料科学 热稳定性 热液循环 介孔材料 晶体结构 化学 化学工程 结晶学 有机化学 复合材料 冶金 工程类
作者
Pablo Salcedo‐Abraira,Sérgio M. F. Vilela,Artem A. Babaryk,María Cabrero‐Antonino,Pedro Gil Gregório,Fabrice Salles,Sergio Navalón,Hermenegildo Garcı́a,Patricia Horcajada
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (2): 450-457 被引量:80
标识
DOI:10.1007/s12274-020-3056-6
摘要

A novel microporous two-dimensional (2D) Ni-based phosphonate metal-organic framework (MOF; denoted as IEF-13) has been successfully synthesized by a simple and green hydrothermal method and fully characterized using a combination of experimental and computational techniques. Structure resolution by single-crystal X-ray diffraction reveals that IEF-13 crystallizes in the triclinic space group Pi having bi-octahedra nickel nodes and a photo/electroactive tritopic phosphonate ligand. Remarkably, this material exhibits coordinatively unsaturated nickel(II) sites, free–PO3H2 and–PO3H acidic groups, a CO2 accessible microporosity, and an exceptional thermal and chemical stability. Further, its in-deep optoelectronic characterization evidences a photoresponse suitable for photocatalysis. In this sense, the photocatalytic activity for challenging H2 generation and overall water splitting in absence of any co-catalyst using UV–Vis irradiation and simulated sunlight has been evaluated, constituting the first report for a phosphonate-MOF photocatalyst. IEF-13 is able to produce up to 2,200 µmol of H2 per gram using methanol as sacrificial agent, exhibiting stability, maintaining its crystal structure and allowing its recycling. Even more, 170 µmol of H2 per gram were produced using IEF-13 as photocatalyst in the absence of any co-catalyst for the overall water splitting, being this reaction limited by the O2 reduction. The present work opens new avenues for further optimization of the photocatalytic activity in this type of multifunctional materials.
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