MOF 이중 개질 통한 수소 생산 효율 극대화

금속-유기 골격체(MOF)는 광촉매 분야에서 전하 재결합 문제로 인해 성능 향상에 어려움을 겪고 있습니다. 본 연구에서는 MIL-125 골격 MOF에 아민기(-NH2)와 구리 이온(Cu)을 도입하여 NH2-MIL-125 및 Cu-NH2-MIL-125를 성공적으로 합성했습니다. 이 이중 개질은 MOF의 극성을 효과적으로 증진시켰으며, 이는 d33 값(1.69에서 26.21 pm/V로 증가) 및 쌍극자 모멘트(6.60에서 25.99 D로 증가)의 현저한 상승으로 확인되었습니다. 이는 MOF의 압전성을 이중 변조 전략으로 향상시킨 최초의 사례입니다. 도입된 압전 효과는 초음파 진동을 통해 더욱 증폭될 수 있으며, 이는 in situ 라만 스펙트럼, COMSOL 시뮬레이션 및 DFT 계산을 통해 입증되었습니다. 이러한 압전 효과는 Cu-NH2-MIL-125의 전하 분리 및 전달을 촉진하여 전류 응답을 향상시키는 긍정적인 영향을 미쳤습니다. 결과적으로, 압전 촉매와 광촉매의 결합을 통해 Cu-NH2-MIL-125의 수소 생산율은 약 2884.2 µmol·g−1·h−1로 크게 향상되었습니다. 이는 NH2-MIL-125 대비 2.76배, MIL-125 대비 9.92배 높은 수치이며, 보고된 모든 MOF 기반 압전-광촉매 중 최고 성능입니다. 본 연구는 압전장 구동력을 활용하여 MOF의 심각한 전하 재결합 문제를 완화할 수 있는 유망한 기회를 제시합니다.