Zr-MOFs基复合光催化剂的电荷转移及其光解水制氢性能研究金属-有机框架材料（MOFs）具有多孔性、超高的比表面积、不饱和金属位点及可调控的结构与功能等特点,也被称之为“未来窄带系半导体材料”,目前广泛应用于能源转换与环境领域。
然而,MOFs 相对较差的光吸收能力及高的光生电子-空穴对复合机率限制了其在光催化分解水领域的应用。
因此,设计具有高效光生电子-空穴对分离与转移能力的催化剂,对提高光解水制氢效率具有十分重要的意义。
为此,本论文选择以水稳定性优异及多孔的锆基金属-有机框架材料（UiO-66-NH<sub>2</sub>）为载体,设计合成不同类型的具有高效电荷分离与转移效率的UiO-66-NH<sub>2</sub>基复合光催化剂。
系统表征其结构、形貌与光催化分解水产氢性能,并结合光电化学性能测试、瞬/稳态荧光光谱、电子顺磁共振、第一性原理计算等手段探讨复合光催化剂中光生电子-空穴对的分离和转移机制。
相关研究成果如下:（1）通过一步水热法将
H<sub>3</sub>PW<sub>12</sub>O<sub>40</sub>固载在具有多孔性和水稳定型优异的UiO-66-NH<sub>2</sub>中,制备出
PW<sub>12</sub>@UiO-NH<sub>2</sub>复合光催化剂。
旨在利用多金属氧酸盐（POMs）所具有的可调控的氧化还原活性和多电子转移等特性,构筑POMs@MOFs复合材料,以期有效改善单一MOFs光催化过程中光生电子-空穴对易于复合的问题。
光催化分解水产氢和降解RhB性能测试结果表明,与UiO-66-NH<sub>2</sub>相比,RhB的降解和光催化分解水产氢性能均明显提升。
结合光电化学性能测试以及瞬/稳态
荧光光谱测试,结果表明PW<sub>12</sub>可作为良好的电子受体使
光生电子能够有效从UiO-66-NH<sub>2</sub>转移至
PW<sub>12</sub>,从而提高光生载流子的分离效率,优化光催化性能。
（2）采用一步水热法将Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>纳米片与
UiO-66-NH<sub>2</sub>复合,制备出具有肖特基势垒效应异质结结
构的复合光催化剂（TU）。
旨在利用二维材料MXenes的优异导电性及亲水性,可在金属/催化剂界面构筑肖特基异质结,从而改善其光生电
子-空穴对的分离效率,提高光解水制氢性能。
第一性原理计算结果表明,Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>纳米片（O-TC）具有更正的费米能级和相对较低的吸附氢原子吉布斯自由能(|Δ
G<sub>H*</sub>|=0.08≈0)。
结合光电化学测试、瞬/稳态荧光光谱
及电子顺磁共振技术分析,证明在Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>与UiO-66-NH<sub>2</sub>界面处构筑了肖特基势垒,光生电子-空穴对
在空间上有效分离和转移,使光生电子大量富集在
Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>纳米片表面,从而优化光催化分解水
产氢性能。
（3）将Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>T<sub>x</sub> MXenes在惰性气氛中退火,得到
Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>/TiO<sub>2</sub>复合物,通过一步
水热法,制备出具有多种电荷转移路径的
Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>/TiO<sub>2</sub>/UiO-66-NH<sub>2
</sub>复合光催化剂。
旨在利用原位生成的
Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>/TiO<sub>2</sub>复合物,进一步促
进载流子的分离与转移。
结合光电化学测试及瞬/稳态荧光光谱分析,结果表明,该材料中存在
Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>/TiO<sub>2</sub>/UiO-66-NH<sub>2 </sub>、Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>/TiO<sub>2</sub>和
Ti<sub>3</sub>C<sub>2</sub>/UiO-66-NH<sub>2</sub>三种具有肖特基势垒效应的界面,使其在光催化过程中存在多种电荷转移的路径,进一步优化电荷转移方式,有效改善其光催化分解水产氢性能。