央廣網(wǎng)天津1月27日消息（記者陳慶濱 通訊員 吳軍輝）記者從南開大學(xué)獲悉，該校化學(xué)學(xué)院趙斌教授、電子信息與光學(xué)工程學(xué)院王衛(wèi)超教授聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，成功研獲一種同時具有光解水產(chǎn)氫和光降解有機(jī)物雙功能的新型高效光催化劑。該催化劑具有極高的熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和催化效能，且可重復(fù)利用，這對解決能源短缺、環(huán)境污染等地球問題具有重要應(yīng)用價值。日前，介紹該工作的論文在線發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)刊物《德國應(yīng)用化學(xué)》。

　　光解水產(chǎn)氫和光降解有機(jī)物是解決能源短缺和環(huán)境污染兩大世界性難題的有效途徑之一，而光催化劑在其中扮演著十分重要的角色。傳統(tǒng)的光催化劑主要是貴金屬和異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，由于貴金屬的自然儲量有限、價格高昂，異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制備成本高，阻礙了其在解決環(huán)境和能源問題上的應(yīng)用。

　　趙斌教授、王衛(wèi)超教授聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)克服以上困難，成功研獲了一種同時具有光解水產(chǎn)氫和光降解有機(jī)物雙功能的新型高效光催化劑——半導(dǎo)體金屬有機(jī)框架{[CuICuII2(DCTP)2]NO3·1.5DMF}n（以下簡稱MOF-1）。

　　MOF-1的設(shè)計(jì)、制備及其光催化實(shí)驗(yàn)由趙斌教授研究組完成。該研究組多年致力于新型金屬有機(jī)框架材料的設(shè)計(jì)和制備研究，具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和完善的實(shí)驗(yàn)條件。研究人員在設(shè)計(jì)過程中避免使用貴金屬元素，其成分只包含銅、碳、氮和氫元素，并且通過設(shè)計(jì)新的配體得到了很好的熱穩(wěn)定性，通過熱重分析法發(fā)現(xiàn)MOF-1在高達(dá)300攝氏度的高溫下仍可穩(wěn)定存在。

　　MOF-1光催化性能的理論預(yù)測由王衛(wèi)超教授研究組實(shí)現(xiàn)。該研究組長期從事光催化材料的理論計(jì)算研究，對光催化的理論機(jī)制具有較深的理解。研究人員采用第一性原理計(jì)算方法研究了MOF-1的電子特性，發(fā)現(xiàn)它是一種具有2.0電子伏帶隙的半導(dǎo)體，這與實(shí)驗(yàn)中紫外-可見光譜分析所得結(jié)果非常吻合。研究人員結(jié)合麻省理工學(xué)院Aron Walsh研究組提出的計(jì)算多孔材料功函數(shù)的最新方法，預(yù)測出MOF-1將同時具有光解水產(chǎn)氫和光降解有機(jī)物的雙重功能。這在以往的金屬有機(jī)框架材料的研究中還未有報(bào)道。

　　在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，研究人員測量了MOF-1光解水產(chǎn)氫的能力。其中以甲醇作為犧牲劑，以H2PtCl6作為助催化劑，在紫外-可見光持續(xù)照射5小時情況下，其產(chǎn)氫率達(dá)到了160 μmol/g，這樣高的效率在現(xiàn)有的金屬有機(jī)框架材料中十分少見。在進(jìn)一步對MOF-1光降解有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在可見光照射不到半小時的情況下，亞甲基藍(lán)的含量已經(jīng)減少了80%，而且重復(fù)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了MOF-1的可重復(fù)利用性，這對降低污染物治理成本至關(guān)重要。

　　據(jù)了解，介紹該合作項(xiàng)目成果的論文《A Semi-Conductive Copper–Organic Framework with Two Types of Photocatalytic Activity》已在線發(fā)表于最新一期的《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie)上。

　　《德國應(yīng)用化學(xué)》由德國化學(xué)會和John Wiley & Sons, Inc.聯(lián)合出版發(fā)行，報(bào)道化學(xué)學(xué)科原創(chuàng)性研究成果，是國際化學(xué)類最有影響力的刊物之一。