材料研究进展—聚焦材料科学研究前沿，洞察材料研究最新进展。100多万材料专业领域硕博教师们订阅的微信大号。点击标题下蓝字“材料研究进展”关注，我们将为您提供有价值、最前沿的材料研究进展资讯。氢能凭借清洁无污染、能量密度高等优势，被视作传统化石能源的优质替代能源，光催化分解水制氢是当下极具发展潜力的制氢技术，具备成本低廉、运行安全等诸多优势。在该技术体系中，金属基助催化剂是提升反应效率的核心，单原子金属催化剂原子利用率高，能够有效降低贵金属使用成本，但这类物质表面能较高，极易发生团聚，进而大幅削弱催化效果。电子金属 - 载体相互作用可优化催化剂界面结构、加快电子传输，因此常被用于锚定金属活性位点。传统二氧化钛、二氧化锰等半导体载体存在锚定位点不足、光吸收能力弱等短板，而二维金属有机框架材料比表面积大、结构可灵活调控，是负载金属活性位点的理想载体。目前业内针对金属有机框架光催化剂的研究，多聚焦于本体结构改造与复合体系构建，对于活性位点分子级配位调控的探索较为匮乏，配位作用如何影响电子金属 - 载体相互作用、电荷迁移与反应能垒等关键问题，也尚未形成清晰完整的理论体系。
在这项研究中，研究人员选取芘基金属有机框架作为载体，分别接枝巯基、羟基、氨基三类路易斯碱基团，以此调控铂助催化剂的配位环境，探究不同基团对铂前驱体的吸附能力以及电子金属 - 载体相互作用的影响规律。实验结果显示，不同路易斯碱基团会改变铂在载体表面的分布状态，其中经过巯基修饰的样品可形成强电子金属 - 载体相互作用，促使铂以原子级别均匀分散，并构建出铂 - 氧 / 硫配位结构。该配位结构能够构建强内建电场，加速光生电荷的分离与迁移，同时让铂表面发生氧化，有效降低析氢反应的能垒。在全光谱照射、以抗坏血酸为牺牲剂的测试条件下，该催化剂的产氢速率达到 5.68 mmol gcat⁻¹ h⁻¹，催化性能是未改性对照组的 16 倍，性能优于多数同类型金属有机框架基催化剂。此外，该催化剂连续工作 20 小时后，催化活性未出现明显衰减，展现出优异的运行稳定性。
该研究证实，利用路易斯碱基团开展配位修饰，是调控铂基助催化剂分散状态与电子金属 - 载体相互作用的有效手段，也明确了不同功能基团在配位体系中发挥的差异化作用。巯基所形成的强相互作用，既能稳定原子级分散的铂活性位点，又能同步优化电荷传输效率与表面反应动力学，实现了催化活性与结构稳定性的双重提升。本次研究厘清了配位环境、电子金属 - 载体相互作用和光催化性能三者之间的内在关联，填补了金属有机框架基催化剂在分子级配位调控领域的部分理论空白。同时，该技术路线操作简便、适用性较强，为设计制备高性能金属有机框架基光催化材料提供了可参考的通用方案，也为光催化制氢技术走向实际应用提供了新的思路，对清洁能源催化领域的发展具备较高的参考价值与应用潜力。
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