Strategien zur Entwicklung metallorganischer Gerüste für eine effiziente Photokatalyse

Die immer größer werdende globale Energieknappheit und die Verschlechterung der Umweltbedingungen erfordern dringend den Ersatz konventioneller fossiler Energie durch grüne und nachhaltige Energie.

Als eine der erneuerbaren Energiequellen ist Solarenergie sauber und reichlich vorhanden und kann eine zufriedenstellende Option sein. Die Photokatalyse ist eine vielversprechende Technologie, die Sonnenenergie effektiv in chemische Energie umwandelt. Diese Technologie hat zahlreiche Anwendungen, wie z. B. Wasserspaltung, CO2-Reduktion, organische Synthese und Schadstoffabbau.

Obwohl anorganische Halbleiter die ersten und am häufigsten untersuchten Photokatalysatoren sind, erweisen sich in jüngster Zeit metallorganische Gerüste (MOFs), eine Klasse poröser kristalliner Materialien, die aus Metallionen/-clustern bestehen, die mit mehrzähnigen organischen Liganden verbunden sind, als neue vielversprechende Art Photokatalysatoren.

Die leicht regulierbare Zusammensetzung und Struktur der MOFs aufgrund ihrer hohen Strukturintegrität macht MOFs zu einem idealen Modellsystem zur Untersuchung der Zusammensetzung-Struktur-Aktivitäts-Beziehung in einem MOF-basierten photokatalytischen System, das als Leitfaden für den rationalen Entwurf und die Entwicklung von Photokatalysatoren dienen kann auf atomarer Ebene.

Im letzten Jahrzehnt wurden bereits zahlreiche hervorragende Übersichtsartikel zur MOF-basierten Photokatalyse veröffentlicht. Die meisten von ihnen konzentrieren sich jedoch auf verschiedene photokatalytische Materialien und die Reaktionen, auf die sie angewendet werden können.

Angesichts der rasanten Entwicklung der MOF-basierten Photokatalyse in den letzten Jahren ist die Zusammenfassung der verschiedenen Strategien zur Verbesserung der Leistung MOF-basierter photokatalytischer Materialien für die zukünftige Entwicklung hocheffizienter MOF-basierter Photokatalysatoren unverzichtbar.

Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zhaohui Li und Prof. Ling Wu von der Universität Fuzhou, China, die bereits in der Literatur berichteten Strategien zur Verbesserung der Leistung MOF-basierter photokatalytischer Materialien zusammengefasst. In diesem Aufsatz wurden vier strukturtechnische Strategien zur Verbesserung der Effizienz der MOF-basierten Photokatalyse zusammengefasst.

Zu diesen Strategien gehören Metalldotierung, Ligandenfunktionalisierung, die Herstellung ultradünner 2D-MOFs und Defekt-Engineering. Diese Methoden zielen darauf ab, die Lichtabsorption zu verbessern, die Ladungstrennung und den Ladungstransport zu verbessern und mehr katalytisch aktive Zentren zu schaffen. Persönliche Meinungen zu den Chancen, Herausforderungen und sich entwickelnden Trends der MOF-basierten Photokatalyse wurden angesprochen.

Ziel dieser Übersicht ist es, Leitlinien für die rationelle Entwicklung fortschrittlicher MOF-basierter Photokatalysatoren bereitzustellen, indem die inhärente Beziehung zwischen ihren strukturellen Eigenschaften und der katalytischen Aktivität aufgeklärt wird. Die Rezension wurde veröffentlicht in Chinesisches Journal für Katalyse.