近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所納米反應(yīng)器與反應(yīng)工程學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員劉健團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)胡鳴教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種新穎、簡單的策略，合成具有非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的PBA-TiO2 兩面神（Janus）微/納米結(jié)構(gòu)催化劑，實(shí)現(xiàn)雙功能光催化水氧化/還原。
Janus粒子是由物理和化學(xué)性質(zhì)不同（通常性質(zhì)相反）的兩個(gè)或多個(gè)組分構(gòu)成的具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的粒子。Janus粒子的不同組分具有不同的表面親/疏水性、磁性、光學(xué)特性、電學(xué)特性等，具有多功能、易修飾等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)不同部分的特性有助于改善整體的化學(xué)和物理特性，以滿足特定的應(yīng)用需求。因此，近年來Janus粒子在催化、能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用潛力。然而，開發(fā)一種有效的策略來實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定界面結(jié)的Janus結(jié)構(gòu)納米反應(yīng)器仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
大連化物所構(gòu)筑PBA-TiO2 Janus微/納米結(jié)構(gòu)催化劑實(shí)現(xiàn)雙功能光催化水氧化/還原
該合作團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的Janus納米反應(yīng)器合成策略：通過局部性刻蝕普魯士藍(lán)類似物（PBA），從而使暴露的未配位的金屬節(jié)點(diǎn)與Ti和O離子結(jié)合，在單晶立方體PBA表面緩慢成核不對(duì)稱生長無定形的TiO2，從而形成非對(duì)稱性雙組分PBA-TiO2 Janus微/納米結(jié)構(gòu)催化劑。實(shí)驗(yàn)證明，納米片組裝成的花狀TiO2具有大比表面積，為還原反應(yīng)提供了豐富的活性位點(diǎn)。此外，PBA-TiO2引起的光散射和反射效應(yīng)增強(qiáng)對(duì)太陽輻射的吸收和利用。熒光光譜結(jié)果表明，Janus結(jié)構(gòu)促進(jìn)載流子的快速傳輸，并有效地抑制內(nèi)部光電子和空穴的復(fù)合。得益于非對(duì)稱性雙組分結(jié)構(gòu)帶來的電荷分離效率提升，PBA-TiO2 Janus納米反應(yīng)器的光催化性能得到了顯著提高。PBA-TiO2 Janus納米反應(yīng)器光催化水氧化/還原反應(yīng)的活性顯著高于單純的TiO2和PBA催化劑。上述刻蝕-再生長控制策略，突破傳統(tǒng)方法在Janus微/納米結(jié)構(gòu)材料合成上的限制，為構(gòu)筑金屬配合物-半導(dǎo)體雜化Janus結(jié)構(gòu)微/納米結(jié)構(gòu)催化劑的精準(zhǔn)合成提供了新的思路。
上述工作于近日發(fā)表在《尖端科學(xué)》(Advanced Science) 上。該工作得到國家自然科學(xué)基金，中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等項(xiàng)目的資助。
