Atomically dispersed Pt sites on porous metal–organic frameworks to enable dual reaction mechanisms for enhanced photocatalytic hydrogen conversion

卟啉 催化作用 化学 等结构 光催化 制氢 纳米棒 金属 无机化学 吸附 光化学 金属有机骨架 物理化学 结晶学 纳米技术 材料科学 有机化学 晶体结构
作者
Hao Zhang,Qiuye Li,Bowen Li,Bo Weng,Zhihong Tian,Jianjun Yang,Johan Hofkens,Feili Lai,Tianxi Liu
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:407: 1-9 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2022.01.017
摘要

We report a porous metal–organic framework loaded with single Pt atoms, namely PCN-222(Pt) nanorods, which are prepared by the self-assembly of Pt-metalized tetrakis(4-carboxyphenyl)porphyrin ligand with a Zr6 cluster. The mass-loading of Pt in the synthesized PCN-222(Pt) is up to 4.67%, and can be accurately controlled by using an in-situ reaction strategy. Remarkably, the PCN-222(Pt) exhibits a highly efficient photocatalytic hydrogen production rate of 614 μmol g-1h−1, which is 7.4 times higher than that of PCN-222 (an isostructural sample to PCN-222(Pt) without coordinated Pt ions in the porphyrin rings). The apparent quantum efficiency of PCN-222(Pt) reaches up to 1.049% at 420 nm. Electron paramagnetic resonance spectra confirm the as-formed intermediate ZrIII, obtained from the reduction of ZrIV species, participates in the photocatalytic reaction. Density functional theory calculations demonstrate the positive role that single Pt atoms in PCN-222(Pt) play in optimizing the corresponding hydrogen binding energy. The existence of this dual reaction mechanism in PCN-222(Pt) greatly and synergistically boosts the photocatalytic H2 production activity.

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