Page 24 - 《精细化工》2020年第12期

第 37 卷第 12 期 精 细 化 工 Vol.37, No.12
2020 年 12 月 FINE CHEMICALS Dec. 2020

综论
金属有机框架材料光催化还原 CO 的应用研究进展
2

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谢汶珂，陈 洁
〔中国地质大学（北京） 数理学院，北京 100083〕

摘要：金属有机框架材料（MOFs）是由金属原子或原子团簇与有机配体构成的多孔材料，具有良好的吸附性和
光催化活性。基于对植物光合作用的模拟，MOFs 材料光催化将 CO 2 还原转化为系列碳氢化合物燃料在环境保
护和未来能源供应方面具有广阔的应用前景。该文简述了 MOFs 光催化还原 CO 2 的机理，介绍了高催化活性
MOFs 材料的设计方法，主要包括能带结构工程（掺杂、配体取代、构建异质结等）、形貌结构功能化及协同
催化等方式。这些设计实现了材料的较强光捕获，较高的气体吸附量、产物选择性、稳定性和光催化效率。最
后提出了光催化还原 CO 2 的发展趋势。
关键词：金属有机框架材料；CO 2 ；光催化还原
中图分类号：TB34；O643.36 文献标识码：A
文章编号：1003-5214 (2020) 12-2386-12 开放科学 (资源服务) 标识码 (OSID)：

Research progress on the application of metal-organic

frameworks for photocatalytic reduction of CO 2

*
XIE Wenke, CHEN Jie
[School of Science, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China]

Abstract: Metal-organic frameworks (MOFs) are porous materials composed of metal atoms or clusters of
atoms and organic ligands with good adsorption and photocatalytic activity. Based on the simulation of
plant photosynthesis, the photocatalytic reduction of CO 2 into a series of hydrocarbon fuels by MOFs has a
broad application prospect in environmental protection and future energy supply. The mechanism of MOFs
photocatalytic reduction of CO 2 is illustrated. The design methods of high catalytic activity MOFs materials
are introduced, including energy band structure engineering (such as doping, ligand substitution,
heterojunction construction), morphologic structure functionalization and collaborative catalysis. These
method may achieve the capture of stronger light, higher gas adsorption, product selectivity, stability and
photocatalytic efficiency, which improve catalytic efficiency. Finally, the future directions of photocatalytic
reduction of CO 2 by MOFs is prospected.
Key words: MOFs; CO 2; photocatalytic reduction

化石燃料大量燃烧、工业废气、汽车尾气大量排 中 C==O 键（键焓 805 kJ/mol）的化学惰性和热力学
放，造成环境中 CO 2 含量增加，使全球气候变暖，冰 稳定性，通常在高压等较为苛刻的条件下才能实现
川融化，自然平衡遭到破坏 [1-2] 。为缓解因 CO 2 剧增引 C==O 键的断裂。因此，在温和且不破坏环境的条件
发的系列环境问题，目前主要提出了 3 种治理方式： 下，寻找有效的 CO 2 催化剂（如离子液体、金属氧化
（1）从源头上减少 CO 2 的排放；（2）对 CO 2 进行储 物、沸石和 MOFs 等）就成为催化还原 CO 2 反应的关
存；（3）CO 2 的吸收与转化 [3-5] 。其中，第三种方式 键。其中，由金属原子/原子簇与有机配体共价结合的
[6]
被认为最具经济效益，能将 CO 2 还原转化为甲醇 、 多孔 MOFs 材料，在催化加氢、环化、偶联、氧化、
[9]
甲酸 [7-8] 、环状碳酸盐 等有机物质。但是，由于 CO 2 电催化和光催化等反应中有着广泛应用 [10-12] ，另外，

收稿日期： 2020-06-02; 定用日期：2020-07-28; DOI: 10.13550/j.jxhg.20200462
作者简介：谢汶珂（1996—）女，硕士生，E-mail：x18810750825@163.com。联系人：陈 洁（1969—），女，副教授，E-mail：
chenjie@cugb.edu.cn。