Trans Tianjin Univ |用于光催化水分解和二氧化碳还原的金属-氧簇催化剂

PART01

文章信息

Qing Lan, SujuanJin, Bohan Yang,Qiang Zhao, Chaolei Si, HaiquanXie, Zhi-Ming Zhang. Metal–oxo Cluster Catalysts for Photocatalytic Water Splitting and CO2 Reduction, Trans. Tianjin Univ, 2022, https://doi.org/10.1007/s12209-022-00324-z

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https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-022-00324-z  

PART02

本文亮点

1.系统地总结了多核金属-氧簇催化剂在水分解和二氧化碳还原等能量转换中的重要应用的最新进展。

2.讨论了光催化中多核金属-氧簇问题的挑战和解决方案。

PART03

背景及意义

光催化水分解和二氧化碳光还原被认为是缓解能源危机和环境污染的有效策略。太阳能驱动的光催化全水分解可同时产生氢气和氧气，氢气具有清洁燃烧特性和高能量密度，是替代传统化石燃料的理想能源载体。近年来，研究人员系统的研究了各种簇光催化剂在太阳能转换领域的应用。多核金属-氧簇由于其组分可调、结构多样、金属间的协同作用赋予其优异的电子存储/释放能力及独特的催化性能，使其在环境友好型光合作用方面具有巨大潜力。重要的是，具有精确结构的金属-氧簇不仅可以作为高效催化剂，还可以为探索构效关系提供明确的结构模型，展示如何构建有效的催化剂。这篇综述系统地总结了多核金属-氧簇催化应用的最新进展，包括多金属氧酸盐簇、廉价过渡金属簇和用于水分解和二氧化碳还原。此外，讨论了光催化中多核金属-氧簇问题面临的挑战和解决方案。

目前，金属氧簇主要基于均相催化，重复使用性较差，需要外加光敏剂和/或牺牲剂来维持催化反应循环。另外，POM基化合物大晶体尺寸往往具有较低的比表面积，仍需大幅提高其有限的光吸收能力和有限的暴露活性位点。但越来越多的研究表明POMs在光催化领域具有优势，需要进一步深入探索高效、稳健的簇光催化剂。

PART04

图文导读

图1 通过电荷辅助自组装和光催化水分解制氢合成POM@光敏剂系统。经参考文献[38]许可转载。版权所有© 2015，American Chemical Society

图2 PTi₁₆和PTi₁₂上的CO₂光还原。经参考文献[66]许可转载。版权所有© 2019，Wiley-VCH

图3  a四个Zn原子四面体封端的 Zn-ε-Keggin簇；b每个 Zn-TCPP 配体的四个羧基同时与来自四个POM链的四个不同 Zn-ε-Keggin簇接触；c所提出的在可见光照射下POMCFs 上CO₂ 还原的机理。经参考文献[71]许可转载。版权所有© 2018，Nature Publishing Group

图4 aEu-Ru(phen)3-MOF [91]中的光诱导动力学示意图。版权所有2018，Nature Publishing Group；b用于光催化的异金属簇基有机框架的功能。经参考文献[92]许可转载。版权所有© 2020，Wiley-VCH

图5 用于CO2下多组分协同作用的太阳能驱动羰基化Suzuki偶联反应(Cu1Pd2)_1.3@PCN-222(Co)光催化剂。经参考文献 [97]许可转载。版权所有©2021，American Chemical Society

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通讯作者简介

 谢海泉 

2002年毕业于华东理工大学应用化学专业，获博士学位。2008年至今任南阳师范大学化学与制药工程学院全职教授。他目前的研究兴趣集中在光催化和光敏化学。他的团队发表了70多篇同行评审论文，例如J. Mater. Chem. A, Appl. Catal. B: Environ., ACS Mater. Lett.

 张志明 

天津理工大学教授、博士生导师。分别于2005与2010年在东北师范大学获得学士和博士学位。学位论文获吉林省优秀博士学位论文，全国百篇优秀博士学位论文提名。2013 – 2015年在厦门大学，中国科大，复旦大学与中科院大连化物所—能源材料化学协同创新中心任iChEM Fellow，期间在芝加哥大学开展访问研究。主要从事团簇、催化剂@光敏剂复合催化体系的控制合成与光/电催化应用基础研究。以第一或通讯作者在Natl. Sci. Rev.、J. Am. Chem. Soc.(5)、Nat. Commun.(2)、Angew. Chem. (6)、Adv. Energy Mater.(2)等杂志发表SCI论文90余篇，先后主持国家自然科学基金重大研究计划(培育)、优青、面上、青年、天津市杰青等项目10余项。担任中国晶体学会、中国感光学会青年理事，Nano Research、Chin. Chem. Lett.、Smartmat、Current Catal.、Polyoxometalate、《应用化学》等杂志(青年)编委。

Transactions of Tianjin University

天津大学学报（英文版)

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《天津大学学报（英文版）》是由教育部主管、天津大学主办的学术性英文期刊，被EI、Scopus等多家国际著名数据库收录。2018年改版为专业刊，重点刊登能源材料、能源化学与化工领域的原创性、创新性研究成果，包括太阳能利用、产氢与储氢、二氧化碳捕获和转化、燃料电池、电池和超级电容器、催化、煤炭和石油的清洁利用、生物燃料、能源政策等主题。本刊与Springer合作出版，在SpringerLink上全文在线，做到了快速审稿和出版。2016年入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”，2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”，2021年荣获“中国国际影响力优秀学术期刊”，2022年入选《科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告》。欢迎大家关注和投稿！

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