付昱教授、王超教授，JMCA观点：通过相的转变构建具有光热催化性能的由MOF纳米片组装而成的多级管状结构

【文章信息】

通过相的转变构建由MOF纳米片组装而成的具有光热催化性能的多级管状结构

第一作者：陈欢

通讯作者：付昱*，王超*

单位：东北大学，沈阳药科大学

【研究背景】

金属有机骨架（MOF）材料作为一种长程有序的多孔晶体材料，因其多样的结构，可调的孔径以及较大的比表面积，在催化领域具有极大的发展前景。但是，MOF材料受限于自身较差的光热转化性能，常被用作光热因子的载体用于光热催化领域，鲜少以纯相的状态用作光热催化剂。越来越多的研究表明，材料的光热性能除了与材料本身有关外，材料的结构对于光热性能的优化亦发挥作用。本篇文章展示了利用不稳定的MOF的相的转变，实现了具有光热催化性能的多级管状结构的Cu-MOF-74的构建。本文为构建多级结构的MOF及其光热催化性能的提升提供了新的研究思路，有助于加速MOF材料在光热催化领域的研究及实际应用。

【文章简介】

近日，来自东北大学的付昱教授与沈阳药科大学的王超教授合作，在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Construction of hierarchical tubular metal-organic framework composed of nanosheet arrays as photothermal catalyst through phase transformation”的文章。该文章利用不稳定的MOF的相的转变，实现具有光热转化性能的多级管状结构的Cu-MOF-74的构建，并将其作为光热催化剂，用于光能驱动的CO2的固定。

图1. MOF-74-HT的制备示意图，并用作固定CO2的光热催化剂

【本文要点】

要点一：不稳定的MOF的相的转变

以Cu2+为金属源，2,5-二羟基对苯二甲酸（H4DOBDC）为有机配体源，在常温常压环境下合成出有机配体中只有羧基参与Cu2+的配位的不稳定的前驱体MOF。不稳定的前驱体MOF在甲醇和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的共同诱导下，向更稳定的MOF-74晶相发生相的转变，并在相变的同时，实现形貌结构的重构，成功制备出具有多级管状结构的铜基MOF-74（MOF-74-HT），其中管状结构的外壳由相互交错的纳米片阵列组装而成。

在前驱体MOF向MOF-74-HT转变过程中，SDBS在内部空腔的形成以及纳米片阵列外壳的构建中发挥着至关重要的作用。一方面，它附着在晶体表面，使得MOF前驱体的内外稳定性产生差异，促使晶体内部快速溶解形成空腔。另一方面，它还将参与MOF-74晶体的重结晶过程，促使晶体发生各向异性生长形成纳米片阵列。

要点二：MOF-74-HT的光热性能

多级管状的MOF-74-HT的壳层是由相互交错排列的纳米片阵列组成，这些纳米片阵列在MOF-74-HT表面形成丰富的光陷阱，加之管状结构内部巨大的空腔，使得入射光在其结构内部发生多重反射，继而降低光的反射率提升其对光的捕获能力。与此同时，纳米片作为多级结构的结构单元，因其尺寸小的特点，确保整个结构均能参与加热过程，从而改善局部的光热转化能力。由纳米片作为结构单元组装而成的多级结构赋予MOF-74优异的捕光能力和局部光热转换能力，能有效提高MOF-74的光热性能。

要点三：MOF-74-HT的光热催化活性

多级管状结构能有效提升光热性能，加之先进的多级管状结构还能提供更多的活性位点和可接触的表面，使得MOF-74-HT具有双功能性，并被用作光热催化剂，在光照条件下，驱动CO2环加成反应的进行，展现出优异的光热催化活性。

要点四：前瞻

本文利用不稳定MOF的易变性，以及表面活性剂的保护和形貌调节作用，实现晶体结构和形貌的重构，为未来构建新颖结构的MOF提供了新的研究方向。而且，本文通过构建多级结构有效改善了材料的性能，成功制备出具有双功能性的MOF，为未来探索和开发MOF材料的多功能性和新的功能开辟了新的道路。本文制备的MOF-74-HT展现出优异的光热固定CO2的催化性能，为未来发展更多的高效光热催化剂用于开发太阳能以及CO2的绿色固定提供新的思路。

【文章链接】

Construction of hierarchical tubular metal-organic framework composed of nanosheet arrays as photothermal catalyst through phase transformation

​https://doi.org/10.1039/D2TA03397F

【通讯作者简介】

付昱教授简介：2006年加入东北大学，现为理学院化学系教授。研究涉猎的领域主要包括有机高分子、二维薄膜、超分子和纳米科学。曾研究的具体课题有基于分子间弱相互作用的高分子界面组装、超支化聚合物的合成、纳米结构的制备与二维组装调控等。目前主要的研究方向是以金属有机框架结构为研究对象，结合界面、超分子、纳米等概念，通过构建新型的互溶溶液界面体系，在微纳尺度上对金属有机框架结构进行调控，并将其应用于传感、能源和催化等领域。

​已发表SCI学术论文八十余篇，期中包括高水平论文（Angew. Chem. Int. Ed.，J. Mater. Chem. A, ACS Catalysis, ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Commun., J. Mater. Chem. C, Polym. Chem., Macromolecules等）六十余篇，论文被引用近两千次；已授权专利4项；已获得国家自然科学基金三项，省部级基金若干项和辽宁省教育厅高校优秀人才称号。

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王超，2013年加入沈阳药科大学，现为医疗器械学院副教授。主要研究无机纳米材料表界面性质及其在酶催化、生物医学分析检测、肿瘤诊疗一体化纳米探针等领域的应用。作为第一作者或通讯联系人已在Applied Catalysis B, Journal of Catalysis, Journal of Material Chemistry, Talanta等高水平期刊发表研究论文20余篇，已授权专利2项。主持国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金等纵向课题。