在赤铁矿光阳极上构建MOF-on-MOF异质结以实现高效的光生载流子传输

《Dalton Transactions》：Constructing a MOF-on-MOF heterojunction on a hematite photoanode for efficient photogenerated carrier transport

表面催化剂和异质结的构建可加速光生载流子分离与传输以提升光电催化水裂解（PEC-WS）性能。通过强相互作用将MIL-96和UiO-66 MOFs逐层负载于α-Fe?O?光阳极形成有效的MOF-on-MOF异质结，实现125%的光电流密度提升（2.25 mA cm?2@1.23 V RHE）。Fe3+/Fe2+与O_v共存增强电导率并抑制电荷复合，Fe-O/Fe及弱Fe-Al（MIL-96）和Fe-Zr（UiO-66）配位促进光生载流子传输，异质结协同提供更多活性位点并降低水分解反应动力学，为高效PEC-WS电极改性提供新方法。

　　

有效构建表面催化剂和异质结可以加速光生载流子的分离与转移，从而提高光电化学水分解（PEC-WS）的性能。将两种或多种金属有机框架（MOFs）作为表面涂层整合到光电电极材料上，可以形成纳米级的MOF-on-MOF异质结，以促进光生电子-空穴对的分离与转移。在本研究中，MIL-96和UiO-66 MOFs通过强相互作用依次负载到α-Fe₂O₃光阳极上，形成了一个高效的MOF-on-MOF异质结，该异质结表现出优异的光电催化活性和稳定性。α-Fe₂O₃/MIL-96/UiO-66光阳极在1.23 V_RHE下的光电流密度提高了125%（达到2.25 mA cm^-2）。Fe³⁺/Fe²⁺和O_V的共存增强了α-Fe₂O₃光阳极的电导率，并降低了电荷复合率。Fe–O/Fe以及Fe–Al（MIL-96）和Fe–Zr（UiO-66）之间的弱配位作用促进了α-Fe₂O₃光阳极与MIL-96/UiO-66涂层之间的光生电子-空穴传输。此外，构建的双金属MIL-96/UiO-66异质结协同提供了更多的活性位点，促进了光生载流子的分离与转移，从而降低了水氧化的反应动力学，提高了PEC-WS的性能。本研究为开发具有优异PEC-WS性能的高效光电电极材料提供了一种新的改性途径。