Journal of Catalysis：双金属-有机骨架涂层赤铁矿光阳极的协同催化用于光电化学水分解

利用赤铁矿（Fe₂O₃）纳米结构构建的氧化物光阳极是低成本光电化学水分解电池性能最好的材料之一。然而，由于光吸收能力有限、光生载流子复合速率高、表面析氧反应(OER)动力学缓慢等原因，裸露赤铁矿产生的光电流密度低于理论值。

有鉴于此，为克服上述缺点，韩国延世大学Tae Kyu Kim，印度国际信息技术学院D. Amaranatha Reddy报道了制备了具有双金属-有机骨架（MIL-88B@ZIF-67）涂层的赤铁矿光阳极，大大提高了光捕获效率和本征载流子传输速率。

文章要点

1）采用三步法制备了双层MOF表面涂层（Fe₂O₃/MIL-88B@ZIF-67）光阳极。首次采用水热结合自包覆合成了MIL-88B/ZIF-67双金属-有机骨架。第二步，通过热分解赤铁矿（β-FeOOH）纳米线，在掺氟氧化锡（FTO）衬底上生长了赤铁矿纳米线。第三步，通过旋涂的方法将MIL-88B@ZIF-67纳米结构均匀沉积在Fe₂O₃纳米线上，得到Fe₂O₃/MIL-88B@ZIF-67光阳极。

2）优化后的Fe₂O₃/MIL-88B@ZIF-67光阳极在1.23 V下与可逆氢电极相比，在单次太阳照射下提供了2.52 mA cm^-2的稳定光电流密度。光电流密度明显高于裸Fe₂O₃光阳极（0.27 mA cm^-2）。最重要的是，Fe₂O₃/MIL-88B@ZIF-67光阳极的阴极位移（119 mV）比纯Fe₂O₃的大。实验测得Fe₂O₃/MIL-88B@ZIF-67光阳极在330 nm处的入射光电子转换效率达到30.85%。此外，光电流在20 h内的衰减仅为5%，这表明光阳极具有优异的稳定性。

3）研究发现，通过MIL-88B中的Fe-oxo团簇活性中心和ZIF-67中原子分散的Co²⁺，精确控制双MOF涂层的层数对于显著提高空穴注入/传输效率至关重要，从而减少载流子对赤铁矿的复合。

该策略有望用于设计高效稳定的PEC水分解光阳极。

D. Hye Hong, et al, Synergetic Catalytic Behavior of Dual Metal–Organic Framework Coated Hematite Photoanode for Photoelectrochemical Water Splitting Performance, Journal of Catalysis (2020)

DOI：10.1016/j.jcat.2020.09.014

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.09.014