tio creating 및 구리 Mof -Ill을 사용한 효과적인 수소 생성

최근 잡지에 실린 기사에서 고급 기능성 재료연구원들은 구리 (MOF), 특히 HKUST-1에 기초한 금속 유기 프레임과 함께 이산화 티타늄 (TIO)으로 만든 복합 재료를 사용하여 새로운 접근법을 도입했습니다.

목표는 귀금속에 의존하는 데 물에서 수소를 생성하고 희생적인 메탄올 수단을 생성 할 수있는 효과적이고 오래 지속되는 포토 카네이저를 개발하는 것이 었습니다.

이 연구의 주요 초점은 HKUST-1과 TIO₂ 사이의 질량 비율을 최적화하여 광경사 성능을 향상시키는 것이 었습니다. 이 연구는 또한 이들 복합 재료의 전반적인 효과에서 구리가 수행하는 중요한 역할을 탐구했다.​​​​​​​

배경

광 촉매는 깨끗하고 풍부한 자원으로 태양 에너지를 사용하여 수소 연료의 지속 가능한 생산을위한 유망한 경로를 제공합니다. 이산화 티타늄 (TIO)은 화학적 안정성과 적합한 갭 공간 덕분 에이 분야의 초점이되었습니다.

그러나, 하나의 주요 Tio t 한계는 전자 구멍 쌍의 전자 구멍 쌍의 빠른 재조합에 있으며, 이는 전반적인 광촉매 효율을 방해한다.

이를 제거하기 위해 연구원들은 금속 유기 프레임 (MOF), 특히 HKUST-1의 형태로 구리의 관여를 제안했습니다. 다수의 산화 조건에서 구리의 능력은 전하 운반체의 분리를 개선하고 광촉매 성능을 향상시킬 수있는 전자의 투과를위한 독특한 메커니즘을 도입한다.

이 연구는 HKUST-1의 TIO₂과 구리 종 사이의 시너지가 고귀한 금속 촉매에 의해 달성 된 것조차 극복하는 수소 생산 속도를 제공 할 수 있음을 보여주고 자합니다.

현재 연구

이 연구에는 HKUST-1 및 TIO₂의 질량 비율을 변경하여 합성 나노 물질 합성이 포함되었습니다. 그들의 구조적 및 광학적 특성을 특성화하기 위해, 팀은 휴대용 전자 현미경 (TEM), UV- 지능 분광법, 푸리에-형성 적외선 분광법 (FTIR), X- 선 (XRD) 분광의 회절을 포함한 다수의 분석 도구를 사용했다.

적시에 구별 된 마이크로파 전도도를 사용하여 전하 캐리어의 역학을 연구했습니다. 동시에, 기능 밀도 이론 (DFT)의 계산은 수소 형성 동안 구리와 TIO 사이의 전자 구조와 상호 작용에 대한 통찰력을 제공했다.

광 세상화 수소 생산은 희생 제로 물과 메탄올을 사용하여 UV 광 하에서 테스트하고, 장기 안정성을 평가하기 위해 다중 주기로의 성능을 수행 하였다.

결과 및 토론

이 연구는 1:20 HKUST-1 및 TIO₂의 질량 비율이 5.11mmol g⁻ h⁻에서 시작하여 가장 높은 속도의 수소 진화를 주었다는 것을 발견했습니다.

예외적으로, 6 개의 광촉매주기 후 13.24 mmol g⁻ h⁻에 도달하여 반복적 인 사용에 의해 성능이 향상되었다. 이는 1 MAS의 참조 값을 초과했습니다.

개선 된 복합 효과는 HKUST-1에서 TIO₂과 구리 종 사이의 상승 효과와 관련이 있었다. 구리는 광촉매 활성 동안 전자를 안정화시킴으로써 전하 담체의 분리를 향상시킨다.

전자 레인지의 마이크로파 전도도에 대한 데이터는 이에 의해지지되었으며, 전자 구멍의 재조합이 감소했습니다. HKUST-1 내의 구리 센터는 가역적 인 정기적 행동 (Cu (II) ↔ Cu (I)/Cu (0))가 전염 및 전하 사용에 중요한 역할을하는 광 생성 전자를 효과적으로 제거합니다.

TIO₂ 변형 구리 산화 구리 (CUO)에 의해 사용되는 비교 시험은 MOF에 내장 된 구리 이온이 산화 된 구리보다 더 효과적인 전하 역학을 제공한다는 점을 지적하면서 상당히 낮은 수소 수율을 보여 주었다.

Hkust-1의 높은 표면 및 다공성 구조는 빛의 더 나은 흡수와 반응물의 접근성을 촉진함으로써 개선 된 성능에 추가로 기여 하였다.

광촉매 절차에 대한 제안 된 메커니즘은 UV 광 하에서 Tio₂의 전자가 발렌시아에서 구현 정도까지 어떻게 여기되어 물의 산화를 주도하는 구멍을 남기는지를 설명합니다.

이어서, 여기 전자는 구리 나노 클래스터로 옮겨져 Cu (II)의 부분 감소는 전하 분리를 향상시킨다. 이것은 재조합을 최소화 할뿐만 아니라 구리 활성 장소에서 수소 생산을 촉진합니다. DFT 예산은 구리 원자가 유리한 전자 상호 작용을 통해 수소의 진화를 지원한다는 것을 보여 줌으로써이 메커니즘을 강화했습니다.

결론

이 연구는 수소를 생성하기 위해 효과적이고 일관되지 않은 금속 광경화 제를 개발하는 데있어 의미있는 발전을 나타냅니다.

HKUST-1 및 TIO태 비율을 최적화함으로써, 연구원들은 백금 기반 시스템의 정체 및 초과를 초과하는 특별한 수소 생산 속도를 달성했습니다.

이 결과는 MOF -U의 구리 규칙적인 유연성과 구조적 이점의 중요성을 강조합니다.

이러한 통찰력은 순수한 에너지의 적용을위한 MOF를 기반으로 복합재를 추가로 탐색하기위한 문을 열어 서 지속 가능하고 확장 가능한 수소 생산에 대한 지속 가능한 경로를 제공합니다.

잡지 참조

Khan A., Pivert M. 및 Al. (2025). 배송 mof/tio₂ 수소의 광촉매 생성 및 구리의 역할을위한 복합 나노 물질. 고급 기능성 재료. doi: 10.1002/adfm.202501736.