Cr(VI)離子是一類高毒性離子,可以在很低的劑量下對生物組織造成破壞。利用可見光將高毒的Cr(VI)還原為無毒的Cr(III)是一種有前景的方法,而金屬有機骨架(MOF)作為一類優秀的多孔材料已在光還原Cr(VI)中得到應用。目前研究人員主要是在單組分MOFs中調控金屬離子或有機配體的種類來增強其光催化還原Cr(VI)能力。然而,由于單組分MOFs對Cr(VI)吸附速率/容量低、吸光范圍窄以及光生載流子分離效率差等原因,使得其光還原性能仍然很有限。而多元金屬有機骨架材料因多組分間的協同作用可能是一種提高Cr(VI)光還原能力的有效策略。

　　近日,中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室曹榮和黃遠標團隊在科技部重點研發計劃、國家自然科學基金項目、中科院戰略性先導科技專項、前沿科學重點研究項目及中科院青促會優秀會員項目、國家留學基金委資助下,與日本國立材料研究所教授葉金花合作,將卟啉單元插入到穩定的陽離子型多元MOF材料H2TCPP(I-)Meim-UiO-66中,由于該材料集寬可見光吸收能力的卟啉單元和強Cr2O72-吸附能力的陽離子結構于一體,有效地提高了Cr2O72-的光還原能力,并達到了MOF基材料可見光還原Cr2O72-的最高速率(13.3mgCr(VI)/gcatalyst/min),遠高于傳統MOF光催化劑,包括NH2-UiO-66(0.2mgCr(VI)/gcatalyst/min)和NH2-MIL-125(1.6 mgCr(VI)/gcatalyst/min)。結合實驗表征和理論計算,作者提出了多元H2TCPP(I-)Meim-UiO-66對Cr2O72-的光還原機理。此工作表明,充分利用多元MOF中吸附和光敏性間的協同作用,可以有效提高光催化性能,并為設計更加高效的光催化材料鋪平了道路。上述結果發表在Applied Catalysis B: Environmental上(2019, 253, 323-330),文章第一作者是在讀博士研究生王旭生。

　　此前,曹榮課題組在系列咪唑嗡鹽功能化陽離子MOF材料中實現了:無需添加任何助催化劑,常壓條件下高效催化CO2與環氧化物反應生成環碳酸酯(Chem. Sci. 2017, 8, 1570; Chem. Commun., 2018, 54, 342; Chem. Commun., 2019, 55, 4063; Inorg. Chem., 2018, 57, 2584; ChemCatChem, 2018, 10, 2036); 衍生N/鹵素雙摻雜碳材料高效催化氧還原(Sci. China. Mater. 2019, 62, 671)。

福建物構所等陽離子型多元MOF光催化研究取得進展