Electronic origins of photocatalytic activity in d0 metal organic frameworks

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作者
Maxim Nasalevich,Christopher H. Hendon,Jara G. Santaclara,Katrine L. Svane,Bart van der Linden,Sergey L. Veber,Matvey V. Fedin,Arjan J. Houtepen,Monique A. Van Der Veen,Freek Kapteijn,Aron Walsh,Jorge Gascón
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:6 (1) 被引量:241
标识
DOI:10.1038/srep23676
摘要

Abstract Metal-organic frameworks (MOFs) containing d 0 metals such as NH 2 -MIL-125(Ti), NH 2 -UiO-66(Zr) and NH 2 -UiO-66(Hf) are among the most studied MOFs for photocatalytic applications. Despite structural similarities, we demonstrate that the electronic properties of these MOFs are markedly different. As revealed by quantum chemistry, EPR measurements and transient absorption spectroscopy, the highest occupied and lowest unoccupied orbitals of NH 2 -MIL-125(Ti) promote a long lived ligand-to-metal charge transfer upon photoexcitation, making this material suitable for photocatalytic applications. In contrast, in case of UiO materials, the d -orbitals of Zr and Hf, are too low in binding energy and thus cannot overlap with the π* orbital of the ligand, making both frontier orbitals localized at the organic linker. This electronic reconfiguration results in short exciton lifetimes and diminishes photocatalytic performance. These results highlight the importance of orbital contributions at the band edges and delineate future directions in the development of photo-active hybrid solids.

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