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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(hù)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(guò)表面氨基修飾以及原位水熱過(guò)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(guò)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(wú)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(shuō)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(guò)原位光照XPS技術(shù)研究了復(fù)合材料在光反應(yīng)過(guò)程中電子的轉(zhuǎn)移情況。可以看出，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(shuō)明在該過(guò)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(guò)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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