共价桥连接金属纳米簇和金属有机框架，增强光稳定性

背景介绍

原子精确的金属纳米团簇（NCs）具有独特的尺寸依赖性光学和电子特性以及明确的组成和结构，引起了广泛的关注，特别是在催化方面。纳米团簇的超小尺寸使其具有较高的比表面体积和丰富的表面原子，从而使其具有较高的催化活性。然而，超微尺寸是一把双刃剑，它导致纳米团簇表面自由能高，稳定性差，导致纳米团簇在催化过程中发生聚集和性能损失。因此，在追求高活性的同时保持团簇良好的稳定性仍然是一个难题。

成果简介

本文主要研究了Au25(L-Cys)18(L-Cys , L-Cysteine)和UiO-66-NH2通过酰胺共价键结合，与物理混合制得的产物UiO-66-NH2/(Au25(PET)18) (PET,2-phenylethanethiol)相比，由于具有较强的连接关系，UiO-66-NH2/Au25(L-Cys)18)经过长时间的光催化析氢后仍然表现出良好的稳定性。此外，共价桥有电荷传输通道的作用，促进了光生e-h+的分离，抑制了它们的重组。UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18的光催化产氢速率(17012.045 μmol·g−1·h−1)比UiO-66-NH2/Au25(PET)18高21倍，这些都得益于强的团簇-载体相互作用。

图文导读

图 1. UiO-66-NH2与Au25结合的两种不同合成策略。

图2. (a, b)UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18的 TEM 图像, (c-g) UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18的 (HAADF-STEM)图像和相应的EDX元素映射。UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18, UiO-66-NH2/Au25(PET)18和UiO-66-NH2的 (h) XRD and (i) BET图像。

图3. (a) UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18, UiO-66-NH2/Au25(PET)18和UiO-66-NH2的光催化析氢性能. (b) UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18和 UiO-66-NH2/Au25(PET)18光催化析氢循环。UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18, UiO-66-NH2/Au25(PET)18和 UiO-66-NH2的(c) LSV 曲线(d) 光电流(e) 电化学阻抗和 (f) 发射荧光光谱。

图4.(a) UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18, UiO-66-NH2/Au25(PET)18和 UiO-66-NH2的ESR光谱. (b) UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18的TA光谱 (c) UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18, UiO-66-NH2/Au25(PET)18和 UiO-66-NH2在650 nm附近的TA动力学拟合曲线. (d) UiO-66-NH2-Au25(L-Cys)18的低温荧光光谱。

作者简介

朱满洲，安徽大学教授。教育部长江学者特聘教授。杂化材料结构与功能调控教育部重点实验室主任。主要从事金属团簇材料化学与非专利药物合成工艺研究。建立了可控合成结构精确的金属团簇的方法，使团簇的液相制备从随机向精准发展。部分阐明了金属团簇结构与理化性质之间的量子化学规律。提出了“金塌陷生长”的团簇生长机制，揭示了金属团簇的几何/电子结构演化过程。实现了功能导向的多级团簇结构的精准构筑。开展了基于精确结构的金属团簇的催化机理与催化剂设计研究，为构造具有独特功能的新一代催化剂提供理论依据与实验支撑。主持与参与开发新药十多项。至今已在国际知名刊物上发表论文250多篇。 杜袁鑫，安徽大学副教授。杂化材料结构与功能调控教育部重点实验室成员。主要从事金属纳米团簇的光电催化应用研究。主持国家自然科学基金1项、安徽省自然科学基金1项、安徽省教育厅自然科学研究重点项目2项，指导安徽省省级大学生创新训练项目4项。

文章信息

A. Yao, Y. Du, M. Han, et al. Covalence bridge atomically precise metal nanocluster and metal-organic frameworks for enhanced photostability and photocatalysis. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4725-4.

审核编辑 ：李倩