《鈦基金屬有機框架材料(MOF)光催化還原CO2的研究》是依託福州大學，由李朝暉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈦基金屬有機框架材料(MOF)光催化還原CO2的研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李朝暉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CO2的固定和轉化是環境和能源領域中的一個研究熱點。利用光催化還原CO2來人工模擬光合作用是一種綠色的固碳技術，然而目前光催化還原CO2的效率很低，開發可還原CO2的新型高效光催化材料是實現這一綠色固碳技術的關鍵。基於NH2-MIL-125(Ti)這一含Ti的MOF材料在可見光下可以把CO2還原成甲酸根離子這一前期發現，本項目提出了開發Ti基MOF材料作為還原CO2光催化材料這一新思路。擬設計合成含有不同羧酸連線配體的Ti基MOF材料，考察其光催化還原CO2的性能，研究MOF材料的組成、結構與其性能之間的關係，揭示影響其光催化還原CO2性能的本質因素，並闡明其在光催化還原CO2上與傳統半導體以及分子篩光催化劑上的共性與差異，從而開發出可還原CO2的Ti基MOF高效光催化材料。該研究不僅對於CO2的固定具有很好的理論指導意義，而且還可以豐富光催化理論，拓展MOF材料的實際套用。
結題摘要
該項目系統地研究了含Ti的NH2-MIL-125(Ti)，含Zr的NH2-Uio-66(Zr)以及三個含有相同配體但具有不同結構的Fe基MOF材料MIL-101(Fe)、MIL-53(Fe)和MIL-88B(Fe)以及它們的胺基衍生物在可見光下還原CO2的性能，發現組成MOF材料的金屬中心、配體及結構對MOF材料光催化性能具有很大的影響，尤其是MOF材料中的配位不飽和金屬位點在光還原CO2中起了重要作用。我們還提出了在胺基修飾的Fe基MOF材料中所存在的兩種光激發途徑，一種為金屬簇的直接激發，另一個途徑為配體的激發然後電子從配體到金屬中心發生電荷轉移躍遷。在這些研究基礎上，我們提出了提高MOF基材料光催化還原CO2性能的三種途徑，即（1）通過配體的取代來提高MOF材料對光的吸收及其對CO2的吸附能力；（2）通過後修飾金屬離子的取代引入電子傳輸的中繼體；（3）利用貴金屬的負載來提高MOF材料中電荷的分離效率並促進氫的溢流。除了在光還原CO2中的套用外， 我們還發現MOF材料在光催化有機合成方面具有巨大的潛在套用，尤其是結合MOF材料的光催化性能及其結構中豐富的催化活性位，有可能使MOF材料作為多功能的催化材料用於光誘導有機反應。這些研究為更好地理解光催化還原CO2機理，設計合成基於MOF的還原CO2的新型光催化材料提供了一定的理論指導。我們的研究也表明MOF材料是光誘導有機反應的一類非常有潛力的催化劑，這一發現也拓展了MOF材料的套用領域。基於該課題我們在國際重要SCI期刊上共發表學術論文27篇，受邀在Springer出版社出版的“Nanostructured Photocatalysts, Advanced Functional Materials”中撰寫一章 “Metal-Organic Frameworks (MOFs) for Photocatalytic Organic Transformations”，在Wiley出版社出版的“Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry”的 “Sustainable Inorganic Chemistry” 中撰寫一章“Multifunctional MOF-Based Photocatalysis”，獲授權發明專利5項。
