Metal-organic framework Cu-BTC for overall water splitting: A density functional theory study

密度泛函理论 金属有机骨架 金属 化学 计算化学 物理化学 有机化学 吸附
作者
Huang Xu,Kai-Yin Wu,Chao Su,Lei Yang,Beibei Xiao
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:: 109720-109720 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2024.109720
摘要

Metal-organic framework (MOF) has been widely applied in photocatalysis, which is significant for addressing energy crises and environmental issues. Based on density functional theory calculations, the performances of Cu-BTC, a copper-based MOF, and its derivatives CuTM-BTC via the substitution of transition metal (TM) elements at the Cu site for photocatalytic overall water splitting (POWS) have been studied. POWS of Cu-BTC suffers from the sluggish hydrogen evolution reaction due to the large overpotential of 2.02 V and limited solar utilization due to a wide HOMO-LUMO gap of 4.11 eV. Via TM substitution, the HOMO-LUMO gap narrows but still satisfies the redox potentials when taken 3d-TM of Cr, Fe, Co or Ni, 4d-TM of Rh or Pd, or 5d-TM of Re or Pt into consideration, benefiting for the light absorption. Furthermore, Cr and Re could serve as active sites for hydrogen evolution with remarkably lowered overpotentials of 0.79 V and 0.28 V, respectively; similarly, oxygen evolution activities could be enhanced by Fe, Co and Rh because of their reduced overpotentials which are less than 0.5 V. Therefore, our findings pave guidance for designing Cu-BTC derivatives in overall water splitting.
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