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MOF-1的电子结构及其双催化功能示意图
本报讯(记者 吴军辉)记者日前获悉，我校化学学院赵斌教授、电子信息与光学工程学院王卫超教授联合研究团队，成功研获一种同时具有光解水产氢和光降解有机物双功能的新型光催化剂。该催化剂具有极高的热稳定性、水稳定性和催化效能，且可重复利用，这对解决能源短缺、环境污染等地球问题具有重要应用价值。介绍该工作的论文在线发表于国际著名学术刊物《德国应用化学》。
光解水产氢和光降解有机物是解决能源短缺和环境污染两大世界性难题的有效途径之一，而光催化剂在其中扮演着十分重要的角色。传统的光催化剂主要是贵金属和异质结构半导体材料。由于贵金属的自然储量有限、价格高昂，异质结构半导体的结构复杂、制备成本高，阻碍了其在解决环境和能源问题上的应用。
在寻找新型光催化剂的过程中，金属有机框架材料因具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则等优点，迅速成为近年来的研究热点。然而，既能光解水产氢又能光催化降解有机物的半导体MOFs材料鲜见报道。
赵斌教授、王卫超教授联合研究团队克服以上困难，成功研获了一种同时具有光解水产氢和光降解有机物双功能的新型高效光催化剂——半导体金属有机框架{[CuICuII2(DCTP)2]NO3·1.5DMF}n(以下简称MOF-1)。
MOF-1的设计、制备及其光催化实验由赵斌教授研究组完成。研究人员在设计过程中避免使用贵金属元素，利用二价Cu离子和原位产生的一价Cu离子与设计的新配体组装成了两重穿插的三维多孔MOFs材料，该材料具有良好的热稳定性(300摄氏度下可稳定存在)和溶剂稳定性，实验测得带宽仅2.1电子伏，如此窄带宽在半导体MOFs材料中较为罕见。
MOF-1光催化性能的理论预测由王卫超教授研究组实现。该研究组长期从事光催化材料的理论计算研究，对光催化的理论机制具有较深的理解。研究人员采用第一性原理计算方法研究了MOF-1的电子特性，发现它是一种具有2.0电子伏带隙的半导体，这与实验测试结果非常吻合。基于计算多孔材料功函数的最新方法，进一步预测出MOF-1将同时具有光解水产氢和光降解有机物的双重功能，这在以往的金属有机框架材料研究中还未有报道。
在后续实验中，研究人员测量了MOF-1光解水产氢的能力。其中以甲醇作为牺牲剂，以H2PtCl6(1mL，0.1wt%)作为助催化剂。在紫外-可见光持续照射5小时情况下，其产氢率达到了160μmol/g。在进一步对MOF-1光降解有机污染物亚甲基蓝的实验中，研究人员发现，在可见光照射不到半小时的情况下，亚甲基蓝的含量已经减少了80%，而且重复性实验验证了MOF-1的可重复利用性，这对降低污染物治理成本至关重要。
据了解，介绍该合作项目成果的论文“A Semi-Conductive Copper-Organic Framework with Two Types of Photocatalytic Activity”已刊发于2016年第16期《德国应用化学》上。
《德国应用化学》由德国化学会和JohnWiley&Sons,Inc.联合出版发行，报道化学学科原创性研究成果，是国际化学类最有影响力的刊物之一。
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