全球能源危机和环境问题日益突出，煤炭、石油、天然气等传统能源面临枯竭，对其过渡依赖已经不能满足现代社会对绿色和可持续发展的要求。太阳能是一种清洁、可再生的能源，取之不尽、用之不竭。太阳能的高效利用，不仅能够减缓能源危机和环境问题，还可以将太阳能可作为一种低成本，绿色清洁的能量来源，利用光催化剂实现太阳能-化学能的转化，为传统的化学反应和化工生产提供更为经济、环保的解决方案。光催化过程可分为光吸收、载流子（电子-空穴对）产生和载流子转移引发氧化还原反应。这些步骤中的每一步都将对整体光催化性能产生巨大影响，例如窄带隙的光催化剂可以增强对低能区光的吸收，促进载流子的产生和分离。然而，在低能区吸收光产生的电子-空穴能差小，这也加速了电子和空穴的重新复合。在大多数情况下，光催化效率取决于电荷分离和重组的竞争。因此，通过合理调整光催化剂的组成和结构，以达到自适应的带隙和改善电荷分离的目的，对光催化剂的开发具有重要意义。相比于传统的半导体催化剂，金属有机框架（MOF）作为光催化剂的研究还处于初步阶段。但由于其具有丰富的结构、可调节的孔隙度和多样的功能，使其在光催化领域具有独特的优势，成为最令人感兴趣的异相光催化剂之一。自下而上的设计和网状合成的特点也使MOF材料具有优异的光催化性能。近年来，暨南大学李丹/陆伟刚教授团队将电子给受体（D-A）单元引入MOF材料，成功构建了可以催化多种有机反应的MOF光催化体系（J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 21340-21349；J. Mater. Chem. C, 2022, 10, 11967-11974）。近日，课题组在Science China Chemistry上发表题为“Metal-organic frameworks as photocatalysts for aerobic oxidation reactions”的综述文章，总结了近年来MOF基光催化剂的设计、合成以及提高光催化性能的策略。在本综述中，作者首先概括了MOF作为光催化剂的独特优势，随后MOF各组分在光催化反应中的用途为依据，系统性地阐述了MOF基光催化剂的构筑及光催化性能的调控策略。其次，以光驱动需氧反应为例，详细介绍了此类反应的反应机理、MOF光催化剂用于需氧反应的性能调控，并从化学键构建角度，列举了典型的MOF基光催化剂用于光驱动需氧反应的研究进展。作者强调了MOF基光催化剂用于需氧氧化反应的两个突出优点：结构可调性和整合高效催化组分的能力。同时，他们认为MOF光催化剂在实际应用中还远远不够理想。未来需要在以下五个方面进行努力：1. 提高MOF的稳定性；2. 增加MOF组份的多样性；3. 降低MOF的成本；4. 增强MOF的电荷分离和转移；5. 深入研究光催化的机理。论文第一作者为暨南大学大学博士研究生吴坤，通讯作者为李丹教授、陆伟刚教授和谢默副教授。详见：Kun Wu, Xin-Yi Liu, Pei-Wen Cheng, Mo Xie*, Weigang Lu*, Dan Li*. Metal-organic frameworks as photocatalysts for aerobic oxidation reactions. Sci. China Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-022-1519-x.
【扩展阅读】
2023年《中国科学：化学》中英文刊优秀论文评选结果发布！
Sci. China Chem.文章精选：多孔材料
上海交大麦亦勇&周永丰团队：超薄MOF纳米片为载体的钴单原子光催化剂用于CO2还原
王齐与马胜前课题组合作研究取代基调控g-C3N4/COFs异质结载流子分离效率及光催化氧化还原性能
罗峰教授课题组设计合成双功能钍基卟啉MOFs实现高效光催化还原U（VI）耦合有机分子氧化
南方科大谭斌团队：光催化交叉偶联与有机催化动力学拆分构建轴手性联萘骨架
华南理工大学沈葵课题组：基于MOF-on-MOF异质结构热解的Co/N共掺杂碳纳米框架的无刻蚀制备及其生物质高效催化转化性能研究
具有高价氧化态的超薄二维Ni–MOF高性能电催化剂用于苯甲醇氧化反应