近日，輪機工程學院船舶潔凈能源研究中心宗旭教授團隊在可再生能源制氫研究方面取得進展，相關研究成果以“Water-Stable High-Entropy Metal-Organic Framework Nanosheets for Photocatalytic Hydrogen Production”為題發表于國際頂級期刊Advanced Materials（影響因子：27.4）。
航運綠色化是“雙碳”背景下航運領域的重大需求和發展方向。將“氫氣”等清潔能源替代傳統化石燃料驅動船舶航行是實現航運綠色化的理想途徑。宗旭教授團隊長期致力于以太陽能為代表的可再生能源制氫科學與技術研究，涉及光催化、光電催化和光伏-電催化制氫等研究領域，其研究重點之一為高性能太陽能制氫載體材料的設計與開發。
金屬有機框架材料（MOFs）具有獨特的物理化學特性，是潛在的太陽能制氫載體。合理設計、調變MOFs材料的組成和結構是提升該類材料制氫性能的重要途徑。近年來，高熵材料因其多主元組分、活性位點豐富、結構穩定等優點及高熵效應、緩慢擴散效應、晶格畸變效應和“雞尾酒”效應四大獨特效應，在催化、能源和環境領域嶄露頭角。
在本研究工作中，該研究團隊創新性地將“高熵”的理念融入到新型MOFs光催化材料的設計開發，成功構建了一種新型的高熵MOFs晶體材料（HE-MOF）及其納米片（HE-MOF-NS），實現高效可見光光催化分解水制氫反應。相比于傳統的單金屬MOFs材料，該HE-MOF中不同的金屬節點間產生協同作用，從而實現更為高效的電荷轉移和光催化分解水產氫性能。此外，通過構建HE-MOF-NS，所得催化劑的比表面積和電荷傳輸效率進一步得到提升，從而獲得更為高效的光催化產氫活性。在最佳條件下，該HE-MOF納米片的產氫活性達到13.24 mmol h-1 g-1，是目前報道的水穩定性MOFs光催化劑中的最高活性之一。這項工作將為構建新型高效的光催化制氫載體提供新的策略和發展機遇。
該論文第一作者為輪機工程學院2022級博士研究生祁生亮，中國科學院大連化學物理研究所章福祥研究員和王俊慧研究員在材料結構分析和光譜表征方面進行了合作研究。該工作得到國家自然科學基金委、“興遼英才”計劃項目和大連海事大學領軍人才項目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202403328
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