島津XPS用戶成果分享丨原位光照XPS表征共價(jià)有機(jī)骨架/NaTaO? S型異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合光催化劑

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隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫能作為一種清潔可再生的能源，具有重要的研究意義，光催化分解水是一種理想的產(chǎn)氫手段。本期島津XPS 用戶成果分享繼續(xù)介紹復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系戴維林教授研究團(tuán)隊(duì)近期在光催化領(lǐng)域研究的一些進(jìn)展及XPS測(cè)試技術(shù)在其中的應(yīng)用。

成果簡(jiǎn)介:共價(jià)有機(jī)骨架/NaTaO3 S型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)促進(jìn)光催化析氫

復(fù)旦大學(xué)戴維林教授課題組通過表面氨基修飾以及原位水熱過程合成了一種共軛有機(jī)框架（COF）材料TpBpy/NaTaO3復(fù)合光催化劑，并利用原位光照XPS（X射線光電子能譜）以及DFT理論計(jì)算證明其屬于S型光催化反應(yīng)機(jī)理，為設(shè)計(jì)合成高效穩(wěn)定的光催化材料提供了新思路。島津公司參與該項(xiàng)研究工作，相關(guān)合作研究成果發(fā)表于膠體與界面領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威SCI期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（IF=9.9）上。

圖1. N-NaTaO3與NaTaO3的(a) Ta 4f、(b) O 1s高分辨率XPS譜圖，(c) 原位光照前后TpBpy/NaTaO3的Ta 4f高分辨率XPS譜圖，原位光照前后TpBpy以及TpBpy/NaTaO3的(d) C 1s 、(e) N 1s、(f) O 1s高分辨率XPS譜圖

研究工作利用3-氨丙基-三乙氧基硅烷在NaTaO3納米立方體表面修飾氨基，并進(jìn)一步通過席夫堿反應(yīng)在NaTaO3納米立方體表面生長(zhǎng)TpBpy-COF，從而構(gòu)筑了以共價(jià)鍵連接的TpBpy/NaTaO3復(fù)合光催化劑。光催化產(chǎn)氫測(cè)試結(jié)果表明，在模擬太陽(yáng)光照射下，復(fù)合光催化劑的最佳產(chǎn)氫活性達(dá)到了17.3 mmol·g-1·h-1，分別是單獨(dú)NaTaO3以及TpBpy的173和2.4倍。圖1給出了TpBpy/NaTaO3復(fù)合材料以及各單一材料中元素的精細(xì)XPS譜圖，圖a，b中Ta結(jié)合能的變化以及Ti-O-Si鍵的出現(xiàn)可以證明NaTaO3表面成功修飾了氨基。圖c-f表明，無光照條件下，與純NaTaO3相比，TpBpy/NaTaO3的Ta 4f峰的結(jié)合能降低；而與純TpBpy相比，N 1s結(jié)合能以及O 1s結(jié)合能均升高，說明在非光照條件下，復(fù)合材料中二者緊密結(jié)合，并發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移，電子傾向于從TpBpy轉(zhuǎn)移至NaTaO3。進(jìn)一步通過原位光照XPS技術(shù)研究了復(fù)合材料在光反應(yīng)過程中電子的轉(zhuǎn)移情況?？梢钥闯?，在光照條件下，復(fù)合材料中Ta 4f軌道XPS譜峰的結(jié)合能升高，說明在該過程中，NaTaO3失去電子，結(jié)合理論計(jì)算結(jié)果，證實(shí)了該光反應(yīng)過程的S型催化反應(yīng)機(jī)理。

儀器介紹

全新一代Kratos AXIS SUPRA+ 是基于卓越的研發(fā)與制造，兼?zhèn)涓?/span>分辨采譜和快速平行成像功能的多技術(shù)型 X 射線光電子能譜（圖2）。

·       卓越的便捷性：集樣品全自動(dòng)傳輸、全自動(dòng)分析、智能數(shù)據(jù)采集處理于一體，體現(xiàn)了卓越的便捷性。

·       優(yōu)異的性能：擁有多種 X 射線源、大半徑雙層能量分析器，杰出的荷電中和技術(shù)，使其獲得了優(yōu)異的性能。

·       豐富的擴(kuò)展性：高能Ag Lα單色X射線源可有效區(qū)分光電子峰和俄歇峰并增加探測(cè)深度；搭配適應(yīng)1000°C高溫、3 MPa高壓及模擬反應(yīng)氣氛的準(zhǔn)原位催化反應(yīng)池；適合不同波長(zhǎng)和功率激光及模擬太陽(yáng)光實(shí)時(shí)照射樣品表面，在樣品分析室進(jìn)行原位光催化反應(yīng)的光纖系統(tǒng)。

圖2 復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系X射線光電子能譜儀

參考文獻(xiàn)：Huihui Zhang, Huajun Gu, Yamei Huang, Xinglin Wang, Linlin Gao, Qin Li, Yu Li, Yu Zhang, Yuanyuan Cui, Ruihua Gao*, Wei-Lin Dai*. J. Colloid Interface Sci., 2024, 664, 916-927.

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