研究目的
开发并评估一种基于p型卟啉金属-有机框架（MOF）涂覆在n型二氧化钛纳米棒阵列上的p-n异质结光阳极，以增强光电化学水分解性能。
研究成果
TiO2@MOF和TiO2@Co-MOF核壳纳米棒阵列通过p-n结与MOF包覆层显著提升了电荷分离与注入效率，从而大幅增强光电化学水分解性能。其光电流密度较裸露TiO2提升高达2.7倍，证实了金属有机框架材料在太阳能应用中的潜力。
研究不足
金属有机框架（MOF）层较薄（8纳米），限制了其对光吸收的贡献。该研究采用未经滤光的氙灯，其功率高于标准AM1.5光照条件，可能无法完全代表真实太阳光照环境。稳定性测试中因气泡形成存在一定噪声，且MOF在中性电解质中的性能可能不适用于其他pH条件。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用逐层自组装法合成TiO?@MOF核壳纳米棒阵列以形成p-n异质结，通过光电化学测量、表面光电压谱及多种表征技术分析电荷分离与注入效率。
2：样本选择与数据来源：
样本包括生长于掺氟氧化锡（FTO）基底上的裸TiO?纳米棒阵列、TiO?@MOF及TiO?@Co-MOF纳米棒阵列，数据均来自受控条件下的实验测量。
3：实验设备与材料清单：
设备包含Gamry Reference 3000电化学工作站、JEOL JSM-7600场发射扫描电镜、JEOL JEM 2100F透射电镜、岛津UV-2550光谱仪、物理电子PHI 5000 Versa Probe XPS及300W氙灯；材料包括TiO?纳米棒、MOF前驱体（TCPP、ZrCl?）、CoCl?·6H?O及电解质（Na?SO?、TEOA）。
4：实验流程与操作步骤：
先水热法在FTO上生长TiO?纳米棒阵列，再通过逐层浸渍法包覆MOF，经回流引入Co(III)。光电化学测试在三电极池中进行（Pt对电极、Ag/AgCl参比电极，光照条件下），表征手段涵盖SEM、TEM、XRD、XPS、UV-Vis、IPCE、M-S曲线及SPV测量。
5：数据分析方法：
运用光电流密度、电荷注入/分离效率、IPCE、EIS电容及SPV幅值公式处理数据，统计分析比较光电流与效率的提升幅度。
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FESEM
JSM-7600
JEOL
Taking field emission scanning electron microscopy images for microstructure analysis.
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TEM
JEM 2100F
JEOL
Taking transmission electron microscopy images for nanoscale structure examination.
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UV-Vis Spectrometer
UV-2550
Shimadzu
Measuring ultraviolet-visible absorption spectra in diffuse-reflection mode.
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Lock-in Amplifier
SR830
Stanford Research
Used in surface photovoltage spectroscopy to collect in-phase and out-of-phase signals.
-
XPS
PHI 5000 Versa Probe
Physical Electronics
Performing X-ray photoelectron spectroscopy to analyze chemical states and atomic concentrations.
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Potentiostat/Galvanostat/ZRA
Reference 3000
Gamry
Conducting photoelectrochemical measurements, including J-V curves and transient photocurrent.
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Xe Lamp
300 W
Serving as a light source for illumination in photoelectrochemical experiments.
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Autoclave
4748
Parr Instruments
Used for hydrothermal growth of TiO2 nanorod arrays.
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Monochromator
Oriel Cornerstone 130 1/8m
Aligning and filtering light for wavelength-dependent IPCE measurements.
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