En metallisk organisk ram (MOF) -baserad vattenklyvande fotokatalysator, utvecklad på KAUST, har tagit forskarna ett steg närmare att generera rent vätebränsle med solljus.

"Att använda solenergi för att effektivt göra gröna bränslen är det slutliga målet för många katalysforskare, "säger Jorge Gascon, chef för KAUST Catalysis Center, som ledde forskningen. Dock, det är fortfarande utmanande att hitta effektiv, långlivad, billiga vattenklyvande fotokatalysatorer.

I Gascons team, målet är att använda MOF för att hitta hållbara fotokatalytiska vattensplittande material. "Vi arbetar med MOF eftersom de är som en LEGO konstruktionsleksak - du har olika delar som du kan spela och variera för att få önskade egenskaper, "säger Nikita Kolobov, medlem i Gascons team.

MOF består av metalljoner anslutna med kolbaserade organiska länkar i en mycket regelbunden och upprepande två- eller tredimensionell uppsättning. Genom att variera metallen och den organiska komponenten, en varierad familj av material kan skapas. "Denna modularitet gör MOF till en utmärkt plattform för att utveckla en grundläggande förståelse för fotokatalytiska processer, "Gascon säger." Vi kan utvärdera nya begrepp inom fotokatalys som kan vara svåra eller omöjliga att utveckla och utvärdera med hjälp av andra materialklasser. "

För deras senaste arbete, Gascon, Kolobov, Amandine Cadiau och deras kollegor skapade en MOF som använde titanmetalljoner med H ₄ TBAPy, en organisk länkare som är känd för att absorbera energi från ett brett spektrum av solljus. Genom att kombinera H ₄ TBAPy med titan, teamet syftade till att skapa ett material som effektivt skulle kunna använda den energin.

Titan i den ljusaktiverade MOF hade de ideala energinivåerna för väteproduktionsdelen av fotokatalytisk vattensplittring, laget visade. "Den organiska delen av MOF fungerade som en antenn som samlade ljus och överförde den energin till metallnoden, som aktiverade den för att utföra katalytiska transformationer, Säger Kolobov.

"Även om den nya MOF:s väteutvecklingsreaktionsaktivitet var blygsam jämfört med vissa oorganiska halvledare, dess prestanda är redan bland de bästa titanbaserade MOF-materialen, "Säger Kolobov." MOF är fortfarande i sin linda när det gäller fotokatalytiska applikationer, "tillägger han." Vi tror att det modulära tillvägagångssättet för deras konstruktion erbjuder obegränsade möjligheter till prestandaförbättringar, och vi tar de första stegen i denna riktning. "

"Varje steg för att bättre förstå hur katalysatorer fungerar under ljusbelysning är viktigt, "Gascon säger." Vårt huvudsakliga mål för närvarande är att ta fram nya MOF -strukturer som effektivt kan utföra övergripande vattensplittring. "