随着对全球能源危机和环境污染问题的日益关注，人们对功能材料的需求也随之增加，以解决这些问题[[1], [2], [3], [4]]。水电解生成 H2 作为一种清洁和可持续的能源，是解决化石燃料消耗问题的最有前景的方法之一[[5], [6], [7], [8]]。然而，氢进化反应（HER）的动力学过程较慢，需要使用高效的电催化剂来降低能量障碍，从而加速反应过程[[9,10]]。目前，基于贵金属 Pt 的材料是最活跃的 HER 电催化剂，但其高昂的成本和稀缺性严重限制了其大规模应用[[11,12]]。因此，迫切需要开发由廉价且地球上丰富的元素制成的高电活性 HER 电催化剂。另一方面，各种有毒、不可生物降解和致癌的染料废水对人类健康和水生生态系统构成了严重威胁[[14], [15], [16]]。光催化利用金属氧化物基光催化剂（如 TiO2）在阳光照射下将有毒有机染料降解为无毒产物，已成为一种可行的废水净化方法[[17,18]]，但它们的宽带隙使得它们只能在紫外光区域响应，而紫外光仅占太阳光谱的一小部分[[19,20]]。因此，探索具有可见光驱动光催化和 HER 电催化性能的新功能材料对于解决能源和环境问题至关重要。
迄今为止，许多地球上丰富的过渡金属（TM）钒酸盐因其高化学稳定性、可调的结构特性以及独特的电学和光学性质而被广泛研究作为有前景的电催化剂和/或光催化剂[[5,21,22]]。然而，其固有的非理想导电性限制了它们的电催化效率[[21]]，载流子的快速复合也限制了它们的光催化效率[[23]]。为了克服这些问题，通过掺杂或引入杂原子可以调节 TM 钒酸盐的电子结构，从而改善其催化性能[[21,22]]。因此，通过各种合成方法制备出了许多具有改进的电催化和/或光催化性能的多组分 TM 钒酸盐[[21,22,[24], [25], [26], [27], [28], [29]]，典型的例子包括 Fe 掺杂的 Co2VO4[24]、S 掺杂的 Co3V2O8[25]、N 掺杂的 Co2V2O7[26] 和 In 掺杂的 CuV2O6[28]]，其中杂原子的引入可以改变邻近原子的电荷分布，从而提高电催化活性，并调节价带和导带的能量，增强光催化活性。然而，尽管磷作为一种有效的掺杂剂通常可以改善催化性能[[30], [31], [32], [33], [34]]，但它尚未被用于双功能 P 掺杂的 TM 钒酸盐或 TM 磷钒酸盐基催化剂，以实现高效的 HER 和可见光驱动的光降解。
将次级 TM 离子引入磷钒酸盐结构是一种可行的方法，可以制备出具有新结构和特殊性质的新型 TM 磷钒酸盐[[35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53]]。在这些 TM 磷钒酸盐中，有机物种可以作为配体，将次级 TM 离子结合到不饱和的 TM–有机复合物（TOCs）中，用于构建新型有机杂化 TM 磷钒酸盐，除了作为空间填充剂、电荷补偿剂和结构导向剂[[35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43]]。这些 TM 磷钒酸盐通常呈现低维链状或层状结构，因为较大的 TOCs 可能会破坏某些连接并为自己创造更合适的空间，但包含较大 TOCs 的三维（3-D）TM 磷钒酸盐非常罕见，有限的例子包括 [CuVO2(4,4′-bpy)(PO4)]n（4,4′-bpy = 4,4′-联吡啶）[51]、[TM(VO2)2(4,4′-bpy)2(HPO4)2]n（TM = Co, Ni）[52] 和 [{Cu2(bisterpy)}V2O5(HPO4)2]（bisterpy = 2,2′:4′,4′':2′',2′''-四吡啶基,6′,6′-联吡啶）[50]，这些化合物仅包含一种类型的磷钒酸盐亚单位，但由于有机物种的绝缘性质降低了 TM 磷钒酸盐的导电性，可能影响了其催化性能。令人惊讶的是，据我们所知，不同类型的磷钒酸盐亚单位尚未被用于构建三维开放框架 TM 磷钒酸盐。因此，基于不同类型的磷钒酸盐亚单位制备具有高效电催化和光催化性能的无机三维 TM 磷钒酸盐极具挑战性，因为有机物种的氮供体容易与 TM 离子结合，最终融入 TM 磷钒酸盐结构中。
考虑到以下原因，选择了地球上丰富且廉价的铜作为次级 TM，磷作为杂原子，用于合成具有双功能催化性能的三维铜磷钒酸盐：(a) 铜具有不同的氧化还原性质，其氧化物（如 CuO）具有窄带隙，具有高电催化和光催化活性[[54], [55], [56], [57]]，因此引入铜有助于改善相应的催化性能；(b) 磷可以与氧形成强键，生成四面体 PO43- 阴离子，其偶极性和较大的电子云有利于排斥电子（e?）和吸引空穴（h+），从而提高 e?/h+ 分离效率和光催化性能[[58]]；同时，PO43- 作为质子受体也可以加速气体释放反应，提高电催化性能[[59]]；(c) 不同电负性的铜和磷的引入可能对钒酸盐的电子结构产生显著的协同效应，从而增强催化性能。本文报道了一种新型三维铜磷钒酸盐 [Cu2V6P6O26(OH)6(H2O)8]·5H2O (VPCu-1)，它不仅通过水热法在螯合有机配体的存在下制备出了具有不同类型磷钒酸盐亚单位的无机三维开放框架 TM 磷钒酸盐，还是唯一一种同时作为 HER 和可见光驱动光降解高效双功能催化剂的例子。
