mof二氧化碳还原

MOF电催化材料

一、引言

金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一类由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键连接而成的多孔晶体材料。近年来，MOFs因其高度可调的结构、丰富的活性位点和优异的孔道特性，在电催化领域引起了广泛的关注。本文旨在探讨MOF电催化材料的研究进展、应用前景及其面临的挑战。

二、MOF电催化材料的研究进展

结构设计与合成策略

MOFs的结构多样性为其在电催化领域的应用提供了广阔的空间。通过选择合适的金属中心和有机配体，可以精确地调控MOFs的孔径、活性位点和电子结构。例如，引入具有氧化还原活性的金属中心（如Fe、Co、Ni等）可以显著增强MOFs的电催化性能。此外，采用混合金属策略或功能化有机配体也是提升MOFs电催化活性的有效手段。

电催化性能优化

为了提高MOFs的电催化性能，研究者们采用了多种策略。一方面，通过控制MOFs的形貌和尺寸，可以增加其比表面积和暴露更多的活性位点；另一方面，将MOFs与其他导电材料（如碳纳米管、石墨烯等）复合，可以显著改善其导电性能，从而提高电催化效率。

稳定性增强

MOFs在水溶液或电化学环境中的稳定性是其实际应用中面临的一大挑战。为了提高MOFs的稳定性，研究者们尝试了多种方法，包括合成具有更高稳定性的MOFs结构、引入疏水性官能团以及采用后处理技术等。这些努力在一定程度上提升了MOFs在电催化过程中的稳定性。 三、MOF电催化材料的应用前景

氧还原反应（ORR）

氧还原反应是燃料电池和金属-空气电池等能源转换装置中的关键步骤。MOFs作为ORR电催化剂，具有潜在的应用价值。通过合理的结构设计和性能优化，MOFs有望替代传统的贵金属催化剂，降低燃料电池等设备的成本。

析氢反应（HER）和析氧反应（OER）

电解水制氢是一种清洁、可持续的制氢方法，其中HER和OER是电解水的两个半反应。MOFs作为HER和OER的电催化剂，已展现出良好的性能。通过调控MOFs的金属中心和有机配体，可以进一步优化其在电解水中的应用性能。

Ｖｏｌ．４０高等学校化学学报Ｎｏ．５２０１９年５月 ＣＨＥＭＩＣＡＬＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＥＳＥＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ ８５５～８６６

［综合评述］ｄｏｉ：１０．７５０３／ｃｊｃｕ２０１８０６８８

ＭＯＦｓ基材料在光催化ＣＯ

２还原中的应用

何鹏琛，周　健，周阿武，豆义波，李建荣

（北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系，绿色催化与分离北京市重点实验室，北京１００１２４）

摘要　系统总结了金属有机框架（ＭＯＦｓ）基材料在光催化还原ＣＯ２中的最新研究进展，其中包括ＭＯＦｓ直接

作为光催化剂和作为复合光催化２个主要部分，讨论了ＭＯＦｓ基光催化剂在催化还原ＣＯ２方面展现出的独

特优势，并对ＭＯＦｓ基光催化剂的结构稳定性与ＣＯ２转化效率等问题进行讨论与分析，对未来发展趋势进行

了展望．

关键词　金属有机框架材料；二氧化碳；光催化还原；光催化剂；复合材料

中图分类号　Ｏ６４４；ＴＱ１５２ 文献标志码　Ａ

收稿日期：２０１８⁃１０⁃１５．网络出版日期：２０１９⁃０５⁃０６．

基金项目：国家自然科学基金（批准号：２１６０６００６，２１５７６００６，２１７７１０１２）和北京市自然科学基金（批准号：２１７４０６４）资助．

联系人简介：豆义波，男，博士，副研究员，主要从事金属有机框架基复合功能材料研究．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｏｕｙｂ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

李建荣，男，博士，教授，主要从事新型多孔材料设计制备及应用研究．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｒｌｉ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ当前，全球能源过度消耗和环境日益恶化已成为人类社会面临的严峻问题，特别是由于二氧化碳（ＣＯ２）大量排放引发的一系列环境问题，如气候恶化、地球表面温度升高、两极冰川融化等．因而，有

效减少大气中ＣＯ２的含量，同时开发环境友好且可再生的新能源成为人们关注的焦点［１～５］．人们曾尝

试将排放的ＣＯ２资源化回收转化为具有可利用价值的化学品或燃料（ＣＯ，ＣＨ４，ＣＨ３ＯＨ，ＨＣＯＯＨ等），

该方法有望在缓解能源危机的同时缓解“温室效应”［６］．目前已经有多种方法用于ＣＯ２转化，如光催化

mof光催化综述

MOF光催化综述

近年来，金属有机框架（MOF）作为一种新型催化剂材料，在光催化领域受到了广泛关注。MOF光催化具有高效、可控和环境友好等优点，因此在能源转化、环境净化和有机合成等领域有着广阔的应用前景。本文将综述MOF光催化的研究进展和应用，旨在为读者提供一个全面了解MOF光催化的视角。

我们将介绍MOF的基本概念和结构特点。MOF是由金属离子（或簇）与有机配体通过配位键连接而成的晶体材料。其具有高度有序的孔道结构和可调控的化学成分，为其在光催化反应中提供了良好的催化性能。MOF材料的孔道结构可以用于吸附和传递反应物分子，从而提高光催化反应的效率。

我们将重点介绍MOF光催化在能源转化领域的应用。MOF光催化在太阳能光电转化、水分解和二氧化碳还原等方面展示出了巨大的潜力。例如，MOF材料可以作为光催化剂用于光电化学水分解，将太阳能转化为氢气和氧气。此外，MOF光催化还可以应用于光催化还原二氧化碳，将其转化为有机化合物，实现CO2的高效利用。

然后，我们将讨论MOF光催化在环境净化领域的应用。MOF材料具有高度有序的孔道结构和可调控的化学成分，使其在环境污染物的吸附和降解方面表现出优异的性能。例如，MOF光催化剂可以用于光催化降解有机污染物，如有机染料和有机废水。此外，MOF材料还可以用于吸附和释放气体污染物，如甲醛、苯等。

我们将介绍MOF光催化在有机合成领域的应用。MOF材料作为催化剂可以在有机合成反应中发挥重要作用。例如，MOF光催化剂可以用于光催化有机合成反应，如光催化氧化反应和光催化还原反应。此外，MOF材料还可以作为催化剂的载体，用于固定其他催化剂，提高催化反应的效率和选择性。

MOF光催化作为一种新型催化剂材料，在能源转化、环境净化和有机合成等领域具有广阔的应用前景。MOF材料的高度有序的孔道结构和可调控的化学成分为其在光催化反应中提供了良好的催化性能。通过进一步的研究和开发，MOF光催化有望在解决能源和环境问题方面发挥重要作用。我们相信，在不久的将来，MOF光催化将成为一种重要的催化技术，为可持续发展做出重要贡献。

MOF（金属有机框架）是一种具有高度孔隙性和可调性的多孔材料，广泛应用于气体储存、分离和催化等领域。在MOF中提取二氧化碳是当前研究的热点之一，主要目的是用于去除环境中的二氧化碳，以及从工业排放中回收和利用二氧化碳。

二氧化碳在MOF中的提取主要依赖于MOF的孔径、比表面积、化学性质以及与二氧化碳的相互作用力等因素。目前，MOF中提取二氧化碳的方法主要包括物理吸附、化学吸附和光催化等。

物理吸附是利用MOF的孔径和比表面积等物理性质，通过分子间相互作用力将二氧化碳吸附在MOF上。常用的MOF材料包括UiO-66、ZIF-8和MOF-5等。这些MOF具有较高的比表面积和孔容，可以吸附大量的二氧化碳。但是，物理吸附方法需要较高的温度和压力才能实现二氧化碳的脱附，因此能耗较高。

化学吸附是利用MOF材料与二氧化碳之间的化学反应，将二氧化碳转化为碳酸盐或其他化合物，从而实现二氧化碳的固定。常用的MOF材料包括CuBTC、IRMOF-3和HKUST-1等。这些MOF具有较好的稳定性和反应活性，可以在较低的温度和压力下实现二氧化碳的固定。但是，化学吸附方法需要寻找合适的催化剂或条件来促进反应的进行。

光催化是利用光能将二氧化碳还原为有机物或烃类等有用的化学品。常用的光催化剂包括TiO2、ZnO和CdS等。这些催化剂具有较好的光响应能力和催化活性，可以促进二氧化碳的还原反应。但是，光催化方法需要寻找合适的催化剂和条件来提高反应效率和选择性。

综上所述，MOF在二氧化碳提取方面具有巨大的潜力。未来需要进一步研究和发展新的MOF材料和提取方法，以提高二氧化碳提取的选择性、稳定性和能量效率等方面的性能，从而实现其在环境治理和工业应用中的广泛应用。