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其具有高孔隙率、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，金属有机框架材料通常不具有热和水的稳定性，且耐酸碱能力差，限制了它在光催化领域的应用。

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。该研究组多年致力于新型金属有机框架材料的设计和制备研究，具有丰富的设计经验和完善的实验条件。研究人员在设计过程中避免使用贵金属元素，其成分只包含铜、碳、氮和氢元素，并且通过设计新的配体得到了很好的热稳定性，通过热重分析法发现MOF-1在高达300摄氏度的高温下仍可稳定存在。

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，这与实验中紫外-可见光谱分析所得结果非常吻合。研究人员结合麻省理工学院Aron Walsh研究组提出的计算多孔材料功函数的最新方法，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的研究中还未有报道。

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，这样高的效率在现有的金属有机框架材料中十分少见。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》已在线发表于最新一期的《德国应用化学》(Angewandte Chemie)上。

文章链接：

A Semi-Conductive Copper–Organic Framework with Two Types of Photocatalytic Activity

赵斌教授简介：

南开大学化学学院先进能源材料重点实验室教授，博士生导师

Email：zhaobin@nankai.edu.cn 

个人主页：http://chem.nankai.edu.cn/klaemc/ShowDetail.php-class=219&id=3602.htm

研究方向：镧基荧光材料，分子磁性材料，功能有机框架材料构筑

个人简介：

自2000年以来，一直从事稀土荧光探针、分子磁性材料和功能MOFs化合物的构筑研究。迄今为止，发表SCI收录论文76篇,被他引1600余次。其中在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Eur. J., Inorg. Chem., Chem. Mater., Chem. Commun.等国际著名化学期刊发表多篇论文。负责和参加多项国家自然科学基金、科技部973计划、教育部专项基金以及天津市自然科学基金重点项目的科研工作。2006年获“全国百篇优秀博士学位论文”奖和“中国化学会青年化学奖”。2007年获教育部新世纪优秀人才计划支持和被天津市授予“五四青年奖章”，2008年作为第二完成人获天津市自然科学一等奖。  

王卫超教授简介：

南开大学电子信息与光学工程学院教授，博士生导师

Email：weichaowang@nankai.edu.cn

（本文信息来源：南开大学）

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