Single‐Site Ni‐Grafted TiO2 with Diverse Coordination Environments for Visible‐Light Hydrogen Production

光催化 催化作用 制氢 光化学 电子顺磁共振 分解水 光催化分解水 化学 材料科学 核磁共振 物理 生物化学 有机化学
作者
Pu Zhang,Haihua Zeng,De-Cai Wen,Xiaoyu Sui,Zhuan Wang,Ying Wang,Hailong Chen,Yuxiang Weng,Jinlin Long
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:17 (2): e202301041-e202301041 被引量:2
标识
DOI:10.1002/cssc.202301041
摘要

Abstract Solar hydrogen production at a high efficiency holds the significant importance in the age of energy crisis, while the micro‐environment manipulation of active sites on photocatalysts plays a profound role in enhancing the catalytic performance. In this work, a series of well‐defined single‐site Ni‐grafted TiO 2 photocatalysts with unique and specific coordination environments, 2,2′‐bipyridine‐Ni−O−TiO 2 (T−Ni Bpy) and 2‐Phenylpyridine‐Ni−O−TiO 2 (T−Ni Phpy), were constructed with the methods of surface organometallic chemistry combined with surface ligand exchange for visible‐light‐induced photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER). A prominent rate of 33.82 μmol ⋅ g −1 ⋅ h −1 and a turnover frequency of 0.451 h −1 for Ni are achieved over the optimal catalyst T−Ni Bpy for HER, 260‐fold higher than those of Ni−O−TiO 2 . Fewer electrons trapped oxygen vacancies and a larger portion of long‐lived photogenerated electrons (>3 ns, ~52.9 %), which were demonstrated by the electron paramagnetic resonance and femtosecond transient IR absorption, correspond to the photocatalytic HER activity over the T−Ni Bpy. The number of long‐lived free electrons injected from the Ni photoabsorber to the conduction band of TiO 2 is one of the determining factors for achieving the excellent HER activity.
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