Cerium Metal–Organic Framework for Photocatalysis

化学 光催化 金属有机骨架 环境化学 催化作用 无机化学 金属 有机化学 吸附
作者
Xin‐Ping Wu,Laura Gagliardi,Donald G. Truhlar
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (25): 7904-7912 被引量:519
标识
DOI:10.1021/jacs.8b03613
摘要

Ligand-to-metal charge transfer (LMCT) can bring about the separation of photogenerated charges. Here we calculate the electronic structures of metal–organic frameworks (MOFs) having the UiO-66 architecture and M6O4(OH)4 inorganometallic nodes with M = Zr, Hf, Th, Ti, U, or Ce. We find that LMCT is favorable only in the Ce case, where it is promoted by the low-lying empty 4f orbitals of Ce4+. We therefore propose that incorporating Ce4+ into the node is an effective way to facilitate LMCT in a MOF. In addition, we show that by functionalizing the linker, it should be possible to engineer the electronic structure of the Ce-MOF for a desired reaction (e.g., water splitting) while preserving favorable LMCT. We also find that linker functionalization with electron donating or withdrawing groups allows tuning of the LMCT energy, and increasing the number of functional groups on each linker enhances the tuning; these findings are encouraging for applying Ce-MOFs for visible-response photocatalytic water splitting.
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