作為一種清潔可再生的能源，氫氣由于高能量密度（142 MJ/ kg-1）而受到廣泛關(guān)注。光催化析氫是一種非常有前景的制氫方法，因為該方法充分利用了廉價(jià)易得的太陽(yáng)能。在過(guò)去的幾十年中，含金屬的光催化劑，如TiO2，ZnO，SrTiO3，GaN和CdS等展現了較高光解水制氫催化活性。然而，非金屬的光催化劑發(fā)展緩慢，究其原因，主要是由于復雜的合成路徑和較低的產(chǎn)氫效率，這向合理設計與合成環(huán)境友好、可持續的非金屬光催化劑提出了嚴峻挑戰。
石墨烯是一種二維sp2雜化的碳材料，具有獨特的單層結構和極高的電子遷移率。但是作為一種零間隙的半導體，它不能用于光催化氫析出過(guò)程。理論研究標明，異元素摻雜可以調控石墨烯的帶隙結構，能導致其向金屬/半導體轉化。雖然氮摻雜石墨烯材料已經(jīng)用于氫析出催化的研究，但是其材料制備工藝復雜、耗時(shí)、耗能、成本高，嚴重限制了其實(shí)際應用。
金屬-有機框架（MOF）制備的氮摻雜石墨烯類(lèi)似物
近期，南開(kāi)大學(xué)程鵬和師唯團隊利用金屬-有機框架（MOF）作為前驅體采用一步煅燒法制備了氮摻雜石墨烯類(lèi)似物（ZNGs）用于高效光催化析氫。由于前驅體ZIF-8含有高含量的氮元素，最終產(chǎn)物ZNGs也具有較高的氮含量(9-15%)并且保持了前驅體的多面體形貌。通過(guò)簡(jiǎn)單控制煅燒溫度就能調控ZNGs中氮元素的總含量和多種氮元素種類(lèi)（吡咯氮、吡啶氮、石墨氮）之間的相對含量進(jìn)而優(yōu)化出最佳的析氫活性。
該團隊發(fā)現，1000℃煅燒得到的ZNG-1000具有最高的活性（18.5 µmol/ h−1），因為該材料中的石墨氮含量最高從而保持了光生載流子高的遷移率，進(jìn)而影響了光催化劑的氫析出速率。
該工作首次闡明了用于氫析出的非金屬光催化劑可以通過(guò)MOF前驅體直接煅燒得到，方法簡(jiǎn)單有效。該同時(shí)思路也可拓展到其他領(lǐng)域，如污染物降解、二氧化碳還原和能量存儲器件等。
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