Plasma‐Induced Defects Enhance the Visible‐Light Photocatalytic Activity of MIL‐125(Ti)‐NH2 for Overall Water Splitting

光催化 材料科学 可见光谱 分解水 等离子体 光化学 化学工程 光电子学 化学 物理 催化作用 核物理学 生物化学 工程类
作者
María Cabrero‐Antonino,Josep Albero,Cristina Vallés-García,Mercedes Álvaro,Sergio Navalón,Hermenegildo Garcı́a
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:26 (67): 15682-15689 被引量:52
标识
DOI:10.1002/chem.202003763
摘要

Defect engineering in metal-organic frameworks is commonly performed by using thermal or chemical treatments. Herein we report that oxygen plasma treatment generates structural defects on MIL-125(Ti)-NH2 , leading to an increase in its photocatalytic activity. Characterization data indicate that plasma-treated materials retain most of their initial crystallinity, while exhibiting somewhat lower surface area and pore volume. XPS and FT-IR spectroscopy reveal that oxygen plasma induces MIL-125(Ti)-NH2 partial terephthalate decarboxylation and an increase in the Ti-OH population. Thermogravimetric analyses confirm the generation of structural defects by oxygen plasma and allowed an estimation of the resulting experimental formula of the treated MIL-125(Ti)-NH2 solids. SEM analyses show that oxygen plasma treatment of MIL-125(Ti)-NH2 gradually decreases its particle size. Importantly, diffuse reflectance UV/Vis spectroscopy and valence band measurements demonstrate that oxygen plasma treatment alters the MIL-125(Ti)-NH2 band gap and, more significantly, the alignment of highest occupied and lowest unoccupied crystal orbitals. An optimal oxygen plasma treatment to achieve the highest efficiency in water splitting with or without methanol as sacrificial electron donor under UV/Vis or simulated sunlight was determined. The optimized plasma-treated MIL-125(Ti)-NH2 photocatalyst acts as a truly heterogeneous photocatalyst and retains most of its initial photoactivity and crystallinity upon reuse.
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