In situ Cu single atoms anchoring on MOF-derived porous TiO2 for the efficient separation of photon-generated carriers and photocatalytic H2 evolution

光催化 材料科学 介孔材料 催化作用 分散性 Atom(片上系统) 化学工程 纳米技术 化学 有机化学 嵌入式系统 高分子化学 工程类 计算机科学
作者
Yuxiang Ma,Yumin Zhang,Yiwen Ma,Tianping Lv,Bin Xiao,Xinya Kuang,Xiyu Deng,Jin Zhang,Jianhong Zhao,Qingju Liu
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (42): 15889-15896 被引量:25
标识
DOI:10.1039/d2nr05099d
摘要

Single atom catalysts (SACs) have an extremely high atom utilization and distinctive structures and properties in the field of photocatalysis. However, the premise of conducting scientific research and applications is still the stability and catalytic activity of single atoms on suitable substrates. Metal organic frameworks (MOFs), as one of the most suitable single-atom substrates, have tunable internal structures, unsaturated coordination bonds, and high specific surface areas. In this work, Ti-based MOF, MIL-125, was adopted as the precursor to prepare mesoporous Cu-loaded TiO2. During the synthesis of MIL-125, a Cu source was added, and Cu atoms were fixed by partly replacing Ti atoms in the Ti-O octahedron to coordinate with O atoms, resulting in a good dispersity, good stability and high loading amount. Experimental investigations demonstrated that dispersed Cu single atoms act as reaction centres, besides being able to accelerate the transfer of photoelectrons. Under simulated sunlight, the H2 evolution rate of the optimum Cu-TiO2 sample reaches 17.77 mmol g-1 h-1, nearly 101 times higher than that of the pure mesoporous TiO2. The apparent quantum efficiency (AQE) is 20.15% under 365 nm irradiation. This research opens a new thinking to preparing high stability and high activity single atom photocatalysts.
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