南大孙为银扬大汪洋ACSCatal。设计高活性晶面的二维MO

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　　催化剂的形貌设计对于催化性能的提高具有重要意义。然而由于金属有机框架（MOFs）结构的复杂性以及各种化学键的共存性，为MOFs形貌进行调控和设计是一项具有挑战性的任务。此前，南京大学孙为银教授（点击查看介绍）课题组设计发展了几种不同晶面尺寸可控的MOFs纳米材料的合成策略，并开展了光催化活性、选择性与其晶面尺寸依赖关系的研究（Chem。Sci。2019，10，48344838；ACSCatal。2019，9，84648470）。在本工作中，他们结合简单、高效的超声法和溶剂热法制备了暴露高活性晶面｛110｝的超薄二维钛基MOF材料NH2MIL125并在光催化还原二氧化碳中表现出高效性能（图1）。
　　图1。超薄纳米片NH2MIL125的制备工艺及光催化应用原理图。
　　合成的NH2MIL125材料为均一的超薄纳米片结构，且晶格与｛110｝匹配（图2）。本工作将暴露｛110｝晶面的超薄二维材料与分别暴露｛001｝、｛110｝和｛111｝的三维NH2MIL125材料进行了光催化还原二氧化碳实验测试。结果发现暴露｛110｝晶面的超薄二维NH2MIL125展现出了更高的光催化还原二氧化碳的性能。
　　图2。超薄纳米片NH2MIL125的微观结构和形貌。
　　为了深入揭示不同形貌NH2MIL125样品中不同的二氧化碳光还原性能的原因，本工作进行了DFT计算，以揭示这一过程中的关键作用。结果表明，在二维｛110｝面中有更多的反应Ti位点，光激发电子位于这些位点，从而驱动二氧化碳的还原反应（图3）。这也很好地解释了NH2MIL125的二维｛110｝面的光催化活性的显著增强。
　　图3。DFT计算的PDOS和导带边缘的电荷密度。
　　在这项工作中，暴露高活性晶面的超薄MOFs材料为提高光催化还原二氧化碳性能提供了一种新的途径，也为后续发展更高效的MOFs光催化剂开阔了视野。这一成果近期发表在ACSCatalysis上。
　　NanosheetEngineeredNH2MIL125withHighlyActiveFacetsforEnhancedSolarCO2Reduction
　　FanGuo，MeiYang，RuiXiaLi，ZongZhengHe，YangWang，andWeiYinSun
　　ACSCatal。，2022，12，94869493，DOI：10。1021acscatal。2c02789
　　研究团队介绍
　　孙为银，南京大学化学化工学院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。无机化学学报常务副主编，中国化学快报副主编。J。Coord。Chem。编委，CrystEngComm顾问编委。中国化学会第28届、29届理事会理事和无机化学学科委员会主任（20112018），第一届监事会监事，中国晶体学会第五届、六届理事会理事。已在Angew。Chem。Int。Ed。、J。Am。Chem。Soc。、Chem。Sci。、Adv。Funct。Mater。、ACSCatal。等杂志上发表SCI论文400余篇。
　　https：www。xmol。comuniversityfaculty11576
　　汪洋，扬州大学化学化工学院教授，博士生导师，国家级和省级人才项目获得者。长期从事理论与计算化学、第一性原理材料模拟等方面的研究。目前主要研究包括：纳米团簇的结构、稳定性及反应活性；功能材料的设计与模拟；新型单原子催化剂的设计与应用；化学成键分析及化学共振分析理论的发展与应用等。现主持国家自然科学基金面上项目1项。在Nat。Chem。、Nat。Commun。、J。Am。Chem。Soc。、Angew。Chem。Int。Ed。、Phys。Rev。Lett。等杂志上发表SCI论文80余篇。
　　郭帆，扬州大学化学化工学院硕士生导师。本科毕业于安徽师范大学，博士毕业于南京大学，师从孙为银教授。从事配位化学、材料化学和催化能源的交叉工作，围绕碳达峰碳中和前沿课题，重点探索基于MOFs纳米材料的形貌设计与光催化还原二氧化碳的研究。现主持国家自然科学基金青年项目1项。已在Chem。Sci。、ACSCatal。、J。Mater。Chem。A等杂志上发表SCI论文多篇。