催化剂的形貌设计对于催化性能的提高具有重要意义。然而由于金属有机框架（MOFs）结构的复杂性以及各种化学键的共存性，为MOFs形貌进行调控和设计是一项具有挑战性的任务。此前，南京大学孙为银教授（点击查看介绍）课题组设计发展了几种不同晶面/尺寸可控的MOFs纳米材料的合成策略，并开展了光催化活性、选择性与其晶面/尺寸依赖关系的研究（Chem. Sci. 2019, 10, 4834–4838; ACS Catal. 2019, 9, 8464–8470）。在本工作中，他们结合简单、高效的超声法和溶剂热法制备了暴露高活性晶面{110}的超薄二维钛基MOF材料NH2-MIL-125并在光催化还原二氧化碳中表现出高效性能（图1）。
图1. 超薄纳米片NH2-MIL-125的制备工艺及光催化应用原理图。
合成的NH2-MIL-125材料为均一的超薄纳米片结构，且晶格与{110}匹配（图2）。本工作将暴露{110}晶面的超薄二维材料与分别暴露{001}、{110}和{111}的三维NH2-MIL-125材料进行了光催化还原二氧化碳实验测试。结果发现暴露{110}晶面的超薄二维NH2-MIL-125展现出了更高的光催化还原二氧化碳的性能。
图2. 超薄纳米片NH2-MIL-125的微观结构和形貌。
为了深入揭示不同形貌NH2-MIL-125样品中不同的二氧化碳光还原性能的原因，本工作进行了DFT计算，以揭示这一过程中的关键作用。结果表明，在二维{110}面中有更多的反应Ti位点，光激发电子位于这些位点，从而驱动二氧化碳的还原反应（图3）。这也很好地解释了NH2-MIL-125的二维{110}面的光催化活性的显著增强。
图3. DFT计算的PDOS和导带边缘的电荷密度。
在这项工作中，暴露高活性晶面的超薄MOFs材料为提高光催化还原二氧化碳性能提供了一种新的途径，也为后续发展更高效的MOFs光催化剂开阔了视野。这一成果近期发表在ACS Catalysis 上。
Nanosheet-Engineered NH2‑MIL-125 with Highly Active Facets for Enhanced Solar CO2 Reduction
Fan Guo, Mei Yang, Rui-Xia Li, Zong-Zheng He, Yang Wang,* and Wei-Yin Sun*
ACS Catal., 2022, 12, 9486–9493, DOI: 10.1021/acscatal.2c02789
研究团队介绍
孙为银，南京大学化学化工学院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。无机化学学报常务副主编，中国化学快报副主编。J. Coord. Chem.编委，CrystEngComm顾问编委。中国化学会第28届、29届理事会理事和无机化学学科委员会主任(2011-2018)，第一届监事会监事，中国晶体学会第五届、六届理事会理事。已在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Sci.、Adv. Funct. Mater.、ACS Catal.等杂志上发表SCI论文400余篇。
https://www.x-mol.com/university/faculty/11576
汪洋，扬州大学化学化工学院教授，博士生导师，国家级和省级人才项目获得者。长期从事理论与计算化学、第一性原理材料模拟等方面的研究。目前主要研究包括：纳米团簇的结构、稳定性及反应活性；功能材料的设计与模拟；新型单原子催化剂的设计与应用；化学成键分析及化学共振分析理论的发展与应用等。现主持国家自然科学基金面上项目1项。在Nat. Chem.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Phys. Rev. Lett.等杂志上发表SCI论文80余篇。
郭帆，扬州大学化学化工学院硕士生导师。本科毕业于安徽师范大学，博士毕业于南京大学，师从孙为银教授。从事配位化学、材料化学和催化能源的交叉工作，围绕“碳达峰 碳中和”前沿课题，重点探索基于MOFs纳米材料的形貌设计与光催化还原二氧化碳的研究。现主持国家自然科学基金青年项目1项。已在Chem. Sci.、ACS Catal.、J. Mater. Chem. A等杂志上发表SCI论文多篇。
| 留言与评论（共有 0 条评论） “” |
