Meget modulære metal-organiske rammebaserede materialer viser et stort potentiale for fotokatalytisk brintproduktion

En metalorganisk ramme (MOF) -baseret vandspaltende fotokatalysator, udviklet hos KAUST, har bragt forskere et skridt tættere på at generere rent brintbrændstof ved hjælp af sollys.

"Brug af solenergi til effektivt at lave grønne brændstoffer er det ultimative mål for mange katalyseforskere, "siger Jorge Gascon, direktør for KAUST Catalysis Center, der ledede forskningen. Imidlertid, det er fortsat udfordrende at finde effektive, lang levetid, billige vandspaltende fotokatalysatorer.

I Gascons team, målet er at bruge MOF'er til at finde bæredygtige fotokatalytiske vandopdelende materialer. "Vi arbejder med MOF'er, fordi de er som et LEGO konstruktionslegetøj - du har forskellige dele, som du kan lege og variere med for at få de ønskede egenskaber, "siger Nikita Kolobov, medlem af Gascons team.

MOF'er består af metalioner forbundet med carbonbaserede organiske linkere i et meget regelmæssigt og gentagende to- eller tredimensionelt array. Ved at variere metallet og den organiske komponent, der kan laves en mangfoldig familie af materialer. "Denne modularitet gør MOF'er til en glimrende platform til at udvikle en grundlæggende forståelse af fotokatalytiske processer, "Gascon siger." Vi kan evaluere nye begreber inden for fotokatalyse, der kan være svære eller umulige at udvikle og evaluere ved hjælp af andre klasser af materialer. "

For deres seneste arbejde, Gascon, Kolobov, Amandine Cadiau og deres kolleger skabte en MOF, der brugte titaniummetalioner med H ₄ TBAPy, en organisk linker kendt for at absorbere energi fra et bredt spektrum af sollys. Ved at kombinere H ₄ TBAPy med titanium, teamet havde til formål at skabe et materiale, der effektivt kunne bruge den energi til at bruge.

Titanen i den lysaktiverede MOF havde de ideelle energiniveauer til brintproduktionsdelen af ​​fotokatalytisk vandopdeling, viste teamet. "Den organiske del af MOF fungerede som en antenne, der opsamlede lys og overførte denne energi til metalnoden, som aktiverede den til at udføre katalytiske transformationer, ”Siger Kolobov.

"Selvom den nye MOF's hydrogenudviklingsreaktionsaktivitet var beskeden i forhold til nogle uorganiske halvledere, dens ydeevne er allerede blandt de bedste titaniumbaserede MOF-materialer, "Siger Kolobov." MOF'er er stadig i deres vorden, når det kommer til fotokatalytiske applikationer, "tilføjer han." Vi mener, at den modulære tilgang til deres konstruktion giver ubegrænsede muligheder for forbedring af ydeevnen, og vi tager de første skridt i denne retning. "

"Hvert trin for bedre at forstå, hvordan katalysatorer fungerer under lysbelysning, er vigtigt, "Gascon siger." Vores hovedmål i øjeblikket er at finde på nye MOF -strukturer, der effektivt kan udføre den samlede vandopdeling. "