太阳能驱动的水分解是生产可再生氢的一种有前景的方法。高效半导体光催化剂的设计在这一过程中起着至关重要的作用。金属-有机骨架(MOF)材料的动态发展为设计高效的太阳能水分解复合光催化剂提供了良好的机会。

有鉴于此，澳大利亚南昆士兰大学王连洲教授和Zhiliang Wang等人，对用于太阳能驱动的水分解的MOF/半导体复合光催化剂的设计和开发进行了综述。

本文要点

1）介绍了基于MOF的复合光催化剂的设计策略，包括利用有机配体、量子点和碳基材料形成异质结构，以及利用MOF层与半导体结合来制备用于光电化学水分解的薄膜光电电极。还讨论了基于MOF的复合材料的剩余挑战和未来前景，以希望能够实现更好的太阳能水分解。

2）太阳能水分解是一种有前途的策略，可用于可持续地收集可再生太阳能并将其转化为氢燃料。对于粉末基PC，利用有机功能配体改性MOF材料已被证明是一种有效的方法。QD，石墨烯和纳米尺寸的半导体颗粒等其他功能性成分也已被用来满足MOF基复合材料的太阳能水分解需求。对于膜基PEC系统，简要概述了过渡金属氧化物半导体MOF涂层在光电电极制备、导电膜性能改善等方面的最新进展。

3）尽管在MOF基复合材料作为光催化剂/光电极方面取得了一些进展，但仍应考虑做出更大的努力来克服以下挑战。本质上，许多MOF材料的光捕获能力较弱，这是实现高光催化性能的主要瓶颈。在太阳水分解反应过程中，MOF材料的软结构会发生坍塌，从而引起对MOF材料稳定性的担忧。此外，MOF材料固有的导电性差会限制电荷载流子的分离和转移。

4）为了应对这些挑战，可以考虑以下策略。首先，探索和开发更具导电性的MOF材料对于促进PC和PEC系统中的电子-空穴分离和转移具有重要意义。深入了解MOF/半导体复合材料界面间的电荷转移，对于设计基于MOF的太阳能驱动的水分解具有重要意义。先进的表征工具，如原位光谱和结构观察电荷转移，反应中间体，和产物可以提供有用的信息。此外，有必要结合实验和理论的方法来阐明MOF基材料上不明确的水分解机制。机器学习在催化剂设计和选择方面的进步也可能推动新一代MOF基复合材料的发展，以满足在不久的将来可持续的氢生产需求。

参考文献：

Xianlong Li et al. Metal–Organic Framework‐Based Materials for Solar Water Splitting. Small Science, 2021.

DOI: 10.1002/smsc.202000074

https://doi.org/10.1002/smsc.202000074