High‐Performance Overall Water Splitting Dominated by Direct Ligand‐to‐Cluster Photoexcitation in Metal–Organic Frameworks

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作者
Qia‐Chun Lin,Wei‐Ming Liao,Jiayu Li,Bowei Ye,David D. Y. Chen,Xiaoxiang Zhou,Penghui Li,Meng Li,Ming‐De Li,Jun He
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (15): e202423070-e202423070 被引量:9
标识
DOI:10.1002/anie.202423070
摘要

Abstract Expanding the spectral response of photocatalysts to facilitate overall water splitting (OWS) represents an effective approach for improving solar spectrum utilization efficiency. However, the majority of single‐phase photocatalysts designed for OWS primarily respond to the ultraviolet region, which accounts for a small proportion of sunlight. Herein, we present a versatile strategy to achieve broad visible‐light‐responsive OWS photocatalysis dominated by direct ligand‐to‐cluster charge transfer (LCCT) within metal–organic frameworks (MOFs). Three synthesized OWS MOFs, namely Fe 2 MCbz (M 2+ = Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ ), exhibited intrinsic OWS capability without the requirement for extra photosensitizer or sacrificial agent or cocatalyst. Among these, Fe 2 NiCbz was identified as the superior performer, and when dispersed with polyacrylonitrile nanofibers using electrospinning technology, it achieved the highest OWS rates of 170.2 and 85.1 μmol g −1 h −1 for H 2 and O 2 evolution, surpassing all previously documented MOF‐based photocatalysts. Experimental and theoretical analyses revealed that direct LCCT played a crucial role in enhancing the photocatalytic efficiency, with exceptional performance of Fe 2 NiCbz attributed to its well‐optimized energy level structures and highly efficient charge transfer mechanism. This work not only sets a benchmark in OWS MOF photocatalysts but also paves the way for maximizing solar spectrum utilization, thereby advancing renewable hydrogen production strategy.
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