In situ fabrication of Cu II-tetrapyridylporphyrin derived single-atom CuN x cluster-modified TiO 2 for efficient hydrogen evolution reaction

星团(航天器) 原位 制作 氢原子 Atom(片上系统) 材料科学 结晶学 原子物理学 化学 化学物理 物理 群(周期表) 有机化学 替代医学 程序设计语言 嵌入式系统 病理 医学 计算机科学
作者
Yanan Wang,Huaiyang Jia,D. C. Lu,Jinge Wang,Tianyou Peng
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (10): 94907499-94907499
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94907499
摘要

Photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), which can convert solar energy into hydrogen energy, offers a viable green energy solution to the current energy shortages. Herein, CuII-tetrapyridylporphyrin (CuTPyP) molecules are decorated onto an amino-functionalized Ti-based metal organic framework (NH2-MIL-125(Ti) MOF) to form CuTPyP/NH2-MIL-125(Ti) precursor via an impregnation method, which is then pyrolyzed to fabricate a novel single-atom CuNx cluster-modified TiO2 composite (CuNx/TiO2). Under the full spectrum irradiation of Xe-lamp, the resultant CuNx/TiO2 exhibits slightly better photocatalytic performance than the Pt-loaded TiO2 product, with an optimal HER activity of 581 μmol h-1, which is 38 and 20 times higher than that of the TiO2 (15 μmol h-1) pyrolyzed from of the bare NH2-MIL-125(Ti) and the Nx/TiO2 (28 μmol h-1) pyrolyzed from the H2TPyP/NH2-MIL-125(Ti) precursor, respectively. The characterization results confirm that the Cu species in CuNx/TiO2 can maintain the single-atom dispersed CuNx clusters, thereby extending the spectral absorption region, promoting the photoexcited charge separation, and then enhancing the activity of TiO2. These results demonstrate that the CuNx clusters exhibit comparable effectiveness to Pt cocatalyst, providing a feasible approach for developing efficient non-precious metal single-atom photocatalysts.
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