《文章投稿》在持久性发光纳米颗粒表面生长共价有机框架的异质结复合材料用于光催化析氢和降解有机污染物

1. 文章信息

标题：Heterojunction composites of covalent organic frameworks grown on the surface of persistent luminescent nanoparticles for photocatalytic hydrogen evolution and degradation of organic pollutants

中文标题：在持久性发光纳米颗粒表面生长共价有机框架的异质结复合材料用于光催化析氢和降解有机污染物 

页码：1-11

DOI：10.1016/j.colsurfa.2024.134792

2. 文章链接

https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.134792

3. 期刊信息

期刊名：Colloids and Surfaces A: Physicochemical and

Engineering Aspects

ISSN：0927-7757

2024年影响因子：4.9

分区信息： JCR分区：Q1

涉及研究方向：化学-物理化学

4. 作者信息：第 一 作者是李博远。通讯作者为阿不都卡德尔·阿不都克尤木。

5. 正文中标记产品所在位置截图

1.

6. 文章简介

  共价有机框架(COFs)在光催化水中析氢和光催化降解有机污染物方面具有广阔的应用前景。然而，单个COFs的光生电荷分离效率较差。在本研究中，我们通过在PLNPs表面原位生长COFs，合成了具有核壳异质结构的持久性发光纳米颗粒(PLNPs)@COFs复合材料。PLNPs@COFs复合材料的光催化性能远优于单独的PLNPs和COFs。COFs与PLNPs结合形成具有紧密接触界面的核壳异质结构可以有效地提高光生电荷分离效率。共价键连接和原位生长方法更有利于形成稳定的核壳异质结构。PLNP的持久发光发射光谱与COF的吸收范围之间的良好匹配使PLNPs@COFs有望作为全天候的光催化剂。该策略在未来高效利用太阳能光催化析氢和环境净化方面具有巨大前景。

为了设计具备良好光催化制氢性能和降解性能的光催化剂，喀什大学阿不都卡德尔·阿不都克尤木教授团队通过共价键连接和原位生长策略成功制备了核壳构型的PLNPs@COFs异质结构光催化剂。该研究先是通过水热法制备了均匀棒状结构的PLNPs纳米颗粒，然后进行表面修饰在PLNPs表面引-NH2，通过-NH2与COFs单体之间的席夫碱反应连接在PLNPs的表面原位生长COFs,成功制备了核壳异质结构的复合材料PLNPs@COFs。通过莫特肖特基实验以及XPS表征，发现PLNPs与COFs满足II型异质结构，II型异质结构促进了光生电子和空xue的分离。当复合材料被光照激发后，COFs导带处的光生电子会自发流向PLNPs的导带以实现费米能级的平衡。具有紧密的共价键连接的核壳结构界面，成为有效的光生电子迁移的桥梁，这极大地促进了光生电子从COFs转移到PLNPs上，从而显著增强了光催化分解水制氢的性能。同时PlNPs具有较强的氧化还原能力，与COFs材料复合后进一步改善了COFs材料的光催化降解性能，除此以外PLNPs还具有数十小时的持续发光性能，使PLNPs@COFs有望成为全天候可持续的光催化剂。该研究成果为构建有机-无机核壳异质结构光催化剂提供了一种有效可行的策略，在未来高效利用太阳能光催化析氢和环境净化方面具有巨大前景。相关研究成果以“Heterojunction composites of covalent organic frameworks grown on the surface of persistent luminescent nanoparticles for photocatalytic hydrogen evolution and degradation of organic pollutants”为题在《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》期刊上发表。阿不都卡德尔·阿不都克尤木教授为该论文的通讯作者，20级硕士研究生李博远为该论文的第 一 作者。

方案 1. 制备PLNPs@COFs 的示意图。

图1 形貌表征。(a) PLNPs (b) COFs，(c-d) PLNPs@COFs的TEM图像； (e) PLNPs@COFs的TEM-EDS图谱。

图2物相表征。(a) PLNPs@COFs复合材料的XRD谱图；(b) PLNPs、COFs和PLNPs@COFs的FTIR光谱；(c) PLNPs、COFs和PLNPs@COFs的N2吸附等温线；(d) PLNPs、COFs和PLNPs@COFs的TGA曲线。

图3能带结构分析。(a) PLNPs、COFs 和 PLNPs@COFs 的紫外可见 DRS； (b) PLNPs、COFs和PLNPs@COFs的带隙计算； (c) PLNPs的价带XPS（VB-XPS）光谱；(d) COFs 的价带 XPS (VB-XPS)光谱；(e) PLNPs和COFs的能级图。

图4光谱分析。(a) COFs的紫外可见DRS和PLNPs的磷光发射光谱； (b)不同时间间隔拍摄的PLNPs发光强度图像。

图5 光催化制氢性能、光电化学表征分析以及制氢机理。(a) 所制备样品的光催化 H2 演化活性；(b) PLNPs@COFs (1:6) 光催化 H2 演化的循环耐久性；(c) PLNPs、COFs 和 PLNPs@COFs (1:6) 的光电流响应(d)和EIS Nyquist图 (e)；

以及 (f) 光催化制氢演化机理示意图。

图6 (a) 所制备样品对 RhB 的光催化降解；(b) PLNPs@COFs(3:1) 光催化降解 RhB 的循环耐久性；(c) 在 PLNPs@COFs(3:1) 上使用各种清除剂的捕集实验；(d) PLNPs、COFs 和 PLNPs@COFs(3:1) 的光电流响应和 (e) EIS 奈奎斯特图； (f) PLNPs@COFs光催化降解RhB 的示意图。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.134792

Boyuan Li, Abuduaini Abulimiti, Ailijiang Tuerdi, Peng Yan, Fenggui He, Jie Zhou, Gang Long, Minghui Zhang, Abdukader Abdukayum *

Heterojunction composites of covalent organic frameworks grown on the surface of persistent luminescent nanoparticles for photocatalytic hydrogen evolution and degradation of organic pollutants. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2024.134792