浙江海洋大学周英棠教授课题组综述：金属-有机骨架及其衍生物作为水解和二氧化碳还原的光催化剂

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第一作者：陈静

通讯作者：周英棠等

通讯单位：浙江海洋大学等

论文DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214664

前言

近日，《Coordination Chemistry Reviews》发表了浙江海洋大学周英棠教授团队关于金属有机骨架及其衍生物应用于光催化分解水和二氧化碳还原领域的综述类文章。该工作全面总结了该工作全面总结了金属有机骨架及其衍生物材料在制备与光电催化应用中的最新进展以及面临的挑战。

背景介绍

目前提出的寻找化石燃料替代品和防治环境污染的解决方案之一涉及开发用于清洁和可再生能源应用的先进材料。目前的重点是利用燃料电池设计面向半导体的多相光电催化、光催化和电催化系统。在这方面，光催化裂解水和二氧化碳减排被认为是解决能源危机和减轻环境污染的两种最有前途的方法。然而，这些过程仍然需要低成本、稳定和环境友好的光催化剂。在光催化分解H₂O和二氧化碳还原等清洁能源领域,MOFs（金属有机骨架）作为一种可调节的多用途材料受到了广泛的研究。除了代表一系列固有的结构和物理化学特征外，MOFs还很容易进行各种合成后修饰以应对特定的挑战。尽管在这一领域进行了多年的研究，但提高MOFs的光吸收和稳定性仍然是主要挑战。本文详细讨论了用于光催化分解H2O和CO₂还原过程的MOF及其衍生材料的各种设计策略，并着重介绍了这一领域的最新进展。举例说明了光催化的基本原理、热力学和动力学、机械特性以及MOF及其衍生纳米材料和复合材料的合成策略，以创建对这一广泛而高度重要的研究主题的最新看法，并对MOFs 及其复合光催化材料的产业前景和未来研究进行了展望。旨在强调在该领域面临的机遇和挑战，MOF的设计和开发与材料科学相结合，为清洁能源生产创造新的解决方案，将水分解和二氧化碳减排作为两个具有至关重要意义的关键过程。

本文亮点

1.基于近几年的成果，系统地总结了MOF基材料的制备方法，以及其作为多功能光催化剂用于光电催化领域的催化机理与优势。

2.结合近几年的研究，梳理了提高MOF基材料催化性能的策略，并且总结了其光电催化的工业领域的应用前景。

3.强调了MOF基材料在这一领域的挑战和机遇，重点关注MOF结构上集成一些新型材料的未来前景，特别是在能源领域和光电催化领域。

  MOFs及其衍生材料的有效改性策略

要点1：

催化剂自身的特性在很大程度上决定着催化效率，并且在催化剂的合成过程中难免会因为合成条件而影响催化剂的结构与性能。因此，如调控催化剂的电子能带结构、选择和修饰MOF组分、调节孔隙率、结构形貌、比表面积大小、有机物连接、MOF材料的集成。

MOFs及其衍生材料在光催化分解H₂O中的应用

要点2：

MOF材料由于其特殊的电子和结构性质，使得MOF及其衍生物作为半导体光催化剂在光催化领域有广泛的应用，其中MOF及其衍生材料光催化分解水是一种潜在的可扩展和成本效益高的太阳能制氢策略。本综述通过介绍近几年的成果，对MOFs及其衍生材料作为分解水的光催化剂进行了总结并且对其工业上的应用进行了梳理。

 MOFs及其衍生材料在光催化CO₂中的应用

要点3：

MOF及其衍生材料不仅可以应用于光催化分解H₂O，同样也可以应用于光催化CO₂还原，在CO₂减排方面具有重要意义。

全文小结

1.本综述从光催化剂的合理设计出发，阐述了MOF基材料作为光催化剂分解H₂O和CO₂的机理，并展示了关于MOF及其衍生材料的改性的有效策略。

2.基于具体的研究案例，按照分类介绍了MOF及其衍生材料在光催化分解H₂O领域的具体应用，并且介绍了其在工业应用上的发展前景。

3.结合现有的研究工作，分类介绍了MOF及其衍生材料在CO₂还原领域的发展，以及在应用领域的代表性工作和目前面临的挑战与困难。

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214664

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