Design of metal-organic frameworks(MOFs)-based photocatalyst for solar fuel production and photo-degradation of pollutants  

金属有机框架(MOFs)基光催化剂的设计及其在太阳能燃料生产和污染物降解领域的研究进展

作　　者：Xiaoxue Zhao Jinze Li Xin Li Pengwei Huo Weidong Shi 赵小雪;李金择;李鑫;霍鹏伟;施伟东(江苏大学化学化工学院/绿色化学与化工技术研究院,江苏镇江212013)

机构地区：[1]Institute of Green Chemistry and Chemical Technology,School of Chemistry and Chemical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,Jiangsu,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2021年第6期872-903,共32页催化学报（英文）

基　　金：国家自然科学基金(22078131,21776117).

摘　　要：Metal organic frameworks(MOFs)is a research hotspot in the solar fuel production and photo-degradation of pollutants field due to high surface area,rich metal/organic species,large pore volume,and adjustability of structures and compositions.Therefore,in this review,we first summarized the design factors of photocatalytic materials based on MOF from the perspective of"star"MOF.The modification strategies of MOFs-based photocatalysts were discussed to improve its photocatalytic activity and specific applications were summarized as well,including photocatalytic CO_(2)reduction,photocatalytic water splitting and photo-degradation of pollutants.Finally,the advantages and disadvantages of MOFs-based photocatalysts were discussed,the current challenges were highlighted,and suggestions for future research directions were proposed.金属有机骨架(MOFs)具有较高的比表面积,丰富的金属/有机物种,较大的孔体积以及结构和成分可调节的特性,因此在太阳能燃料生产和污染物的光降解领域具有广泛的应用.根据其结构特点,研究者们主要从有机配体和孔道结构两方面对MOFs进行调控:(1)对有机配体进行修饰,如将杂原子、羟基、卤素原子、金属离子、生物大分子等引入MOFs结构;(2)将无机纳米粒子引入MOFs孔道内,如将贵金属、金属氧化物、多金属氧酸盐等纳米粒子封装在MOFs的孔道内.这些策略可有效增强MOFs的导电性、稳定性等,并进一步提高MOFs基催化剂的光催化性能.本文首先概述了四种经典MOFs类型,即UiO,ZIF,MIL和PCN系列的结构特点和催化性能.其次,总结了在设计MOFs基光催化材料过程中,根据不同类型MOFs特点着重考虑的五方面因素,即稳定性、能带结构、吸附作用、选择性和电导性.再次,讨论了提高MOFs基光催化剂活性的策略,如助催化剂修饰、构建异质结、配体或金属中心修饰和缺陷工程.最后,总结了MOFs基光催化材料在催化还原CO_(2)、分解水制氢和降解有机污染物反应中的应用进展及影响其催化性能的主要因素.尽管MOFs基光催化材料研究已经取得了令人瞩目的进展,但对MOFs基光催化剂进行可控设计制备仍然存在挑战.如何实现纳米MOFs基光催化材料的制备与规模化生产、可调缺陷MOFs基光催化材料的精准设计、开发高稳定性的MOFs基光催化材料等仍需进一步探索.因此,未来需要从MOFs的纳米化合成、复合材料界面结构的精准调控、催化活性机制与稳定性关系等方面对MOFs基光催化材料进行深入的研究.

关 键 词：DESIGN Metal organic framework Photocatalytic performance Degradation of organic pollutants CO_(2)reduction H_(2)production 

分 类 号：O643.36[理学—物理化学] O644.1[理学—化学]