《德累斯顿工业大学:二维共轭金属有机框架电催化》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2022-01-26
  • 电催化剂是可再生能源转换体系的核心部件,促进关键电化学反应,从而提高能源转换效率,比如电解水中的氧气和氢气析出,二氧化碳还原,燃料电池中的氧还原反应等。金属有机框架(MOFs)材料具有高比表面积和孔隙率,丰富的金属中心,可调控的组成/结构等优点,成功应用于气体吸附,传感器,电磁,催化等领域。在电催化中,MOFs材料成为构建高效催化体系,同时深入开展催化机理研究的最佳选择。但传统MOF的绝缘体性质严重制约了其电催化应用。近年来发展的二维共轭金属有机框架(2D c-MOFs)材料,结构独特(高平面共轭以及弱层间堆积),突破了传统MOFs在电催化中的阻碍,呈现出高导电性,在构建高效原子级催化剂和机理研究中取得进展。鉴于此,德累斯顿工业大学冯新亮、董人豪团队受邀在ACS NANO上发表题为“Two-Dimensional Conjugated Metal−Organic Frameworks for Electrocatalysis: Opportunities and Challenges”的综述文章,介绍了二维共轭金属有机框架材料(2D c-MOFs)在电催化中的发展,涵盖2D c-MOFs化学结构和合成方法,电催化功能设计及重要电催化应用进展。

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  • 《化学所二维共价有机框架/石墨烯复合薄膜材料制备获进展》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-12-04
    • 研究析氢反应(HER)催化剂用于高效产氢有助于缓解能源危机、实现碳达峰和碳中和的战略目标。Pt/C被认为是高效的HER催化剂,然而,由于资源稀缺、成本高以及可能引起重金属污染,限制了其大规模应用。因此,开发可替代的非金属催化剂成为该领域的研究热点。二维有机框架薄膜材料是有机化合物通过共价键或配位键形成的二维多孔网状材料,具有高度有序的孔洞结构、大的比表面积和可调控的活性位点,在催化产氢、储能、传感等领域展现出良好应用前景。 在中国科学院战略性先导科技专项(B类)和国家自然科学基金委的支持下,中国科学院化学研究所有机固体重点实验室刘云圻课题组的科研人员开展了二维有机框架薄膜材料的可控组装及规模化制备研究,并取得系列进展(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887;Adv. Mater. 2021, 33, 2007741;Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17440)。 最近,该课题组科研人员提出了近平衡液相生长法,在相对温和的反应条件下,通过2,7-二-叔丁基芘-4,5,9,10-四酮 (t-BPT), 芘-4,5,9,10-四酮(PT)与2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六盐酸盐(TPHA)之间的自发反应,制备出结构稳定的高共轭的二维共价有机框架材料BPT-COF和PT-COF(如图)。该方法避免了高温、高压、封管等苛刻条件,是低成本、高效制备吡嗪连接的COF的有效途径。在此基础上,科研人员通过原位生长和真空过滤成膜方法,进一步组装了厚度可控的二维共价有机框架/石墨烯复合薄膜材料,并将其应用于析氢反应。该复合薄膜具有大量活性位点和优异的电学性质,展现出高效的催化活性,在10 mA cm-2的电流密度下,过电位仅为45 mV,高于目前报道的非金属催化剂性能,并接近20%含量的商用Pt/C性能。此外,科研人员通过理论建模解释了高效HER催化活性的内在机理。 相关研究成果发表在Angewandte International Edition Chemie上。 近平衡液相法与传统溶剂热法制备二维有机框架材料的对比。左上图为传统溶剂热法,需要高温、高压、封管等苛刻条件,聚合后通过长时间晶化,形成框架材料;左下图为近平衡液相生长法,在稀溶液、开放体系中直接成核、生长,形成框架材料,室温下制备,条件相对温和;右图为本工作制备BPT-COF和PT-COF两种二维有机框架材料的示意图
  • 《慕尼黑工业大学报道从头设计Ce金属酶用于光催化》

    • 来源专题:关键原材料知识服务平台
    • 编译者:费鹏飞
    • 发布时间:2025-04-11
    • 8月8日,慕尼黑工业大学在《JACs》上发表题为“A De Novo Metalloenzyme for Cerium Photoredox Catalysis”的论文,报道从头设计Ce金属酶用于光催化。 目前人们将铈的光氧化还原催化发展为在温和条件下活化分子的强大方法和技术。自由基中间体是使用可见光和富含地球的镧系元素的简单络合物形成的。慕尼黑工业大学的科研人员报道一种人造铈光酶,这种光酶能够在蛋白质内部进行光催化反应。 科研人员通过从头设计方法构筑蛋白质,这种蛋白质的内部中心腔能够紧密的结合镧系金属离子。在可见光照射下,铈酶能够催化水溶液1,2-二醇发生自由基C-C键断裂。蛋白质工程得到更好光稳定性和金属结合能力的变种。 酶能够对一系列芳香族和脂肪族底物进行催化转化,包括木质素类似的化合物。蛋白质能够在大肠杆菌的表面进行全细胞的生物光催化反应。此外,作者发现天然的镧系元素结合蛋白也能够进行这种光催化。 这项研究发展了一种“new-to-nature”的天然酶光氧化还原活性,具有广泛的催化应用前景。