Fabrication of Low Adsorption Energy Ni–Mo Cluster Cocatalyst in Metal–Organic Frameworks for Visible Photocatalytic Hydrogen Evolution

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作者
Wenlong Zhen,Haibo Gao,Bin Tian,Jiantai Ma,Gongxuan Lü
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (17): 10808-10819 被引量:133
标识
DOI:10.1021/acsami.5b12524
摘要

An effective cocatalyst is crucial for enhancing the visible photocatalytic performance of the hydrogen generation reaction. By using density-functional theory (DFT) and frontier molecular orbital (FMO) theory calculation analysis, the hydrogen adsorption free energy (ΔGH) of Ni-Mo alloy (458 kJ·mol(-1)) is found to be lower than that of Ni itself (537 kJ·mol(-1)). Inspired by these results, the novel, highly efficient cocatalyst NiMo@MIL-101 for photocatalysis of the hydrogen evolution reaction (HER) was fabricated using the double solvents method (DSM). In contrast with Ni@MIL-101 and Mo@MIL-101, NiMo@MIL-101 exhibited an excellent photocatalytic performance (740.2 μmol·h(-1) for HER), stability, and high apparent quantum efficiency (75.7%) under 520 nm illumination at pH 7. The NiMo@MIL-101 catalyst also showed a higher transient photocurrent, lower overpotential (-0.51 V), and longer fluorescence lifetime (1.57 ns). The results uncover the dependence of the photocatalytic activity of HER on the ΔGH of Ni-Mo (MoNi4) alloy nanoclusters, i.e., lower ΔGH corresponding to higher HER activity for the first time. The NiMo@MIL-101 catalyst could be a promising candidate to replace precious-metal catalysts of the HER.
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