鑽石舞台

光催化近年來引起廣泛關注。其中，催化劑中光生載流子較低的分離效率對光催化的進一步發展提出了重大挑戰。一些功函數和能帶位置適當的金屬氧化物可以用來調節半導體光催化劑的費米能級及其能帶位置，並通過注入或提取電子的方式，在光催化劑中創造能帶彎曲。由此產生的電荷不平衡將生成內建電場，這對抑制光生載流子的複合至關重要。

近年來，金屬有機框架（MOF）材料已在光催化中得到了廣泛的應用，大量的工作通過借鑑半導體光催化的思想，開展MOF催化的相關研究。儘管形成能帶彎曲在半導體光催化劑中已是廣為接受的學術觀點，但到目前為止，尚未有研究者提出MOF光催化劑發生能帶彎曲的明確證據。此外，目前對於應將MOF視為分子光催化劑或是類半導體光催化劑尚有爭議。如能發現MOF的能帶彎曲現象，則為這一爭議提供重要的參考依據。

中國科學技術大學江海龍教授課題組以經典MOF，MIL-125-NH2，為研究對象，將其與MoO3和V2O5等具有適宜功函數和能帶位置的金屬氧化物相複合，形成複合光催化劑，並利用多種表徵手段，證明了複合後MOF中能帶彎曲的存在（圖1）。在可見光催化產氫中，實現了載流子的有效分離，大幅提升了催化活性。

KPFM和XPS表徵了電子由MOF向金屬氧化物的轉移。SPV測試中，複合催化劑更強的信號證明了表面空穴累積濃度的增加。這也是MOF能帶彎曲的最直接證據（圖2c）。

相比原始MOF光催化劑，複合催化劑的產氫活性得到大幅提升，這無疑應被歸因於能帶彎曲的引入（圖3a）。在不同位置引入Pt助催化劑後，活性進一步提升，且Pt負載在MOF上時提升最為明顯（圖3cd）。這說明了在無Pt的條件下產氫的活性位點應為MOF，金屬氧化物並不是活性位點或助催化劑。

值得注意的是，本文中的催化劑體系並不同於異質結光催化劑。主要區別為：1）異質結中的各組分都可以被光激發，而能帶彎曲中的金屬氧化物對可見光幾乎沒有響應。2）異質結中氧化和還原反應發生在不同組分上，而在本文的能帶彎曲中，氧化和還原反應都發生在MOF上。

本文是首篇明確證明MOF中發生能帶彎曲的研究報道。這不僅對MOF光催化的機理研究具有重要意義，更有助於提高對MOF類半導體特性的理解，為今後更好地利用MOF作為類半導體光催化劑提供了重要支持。