【Ti-MOF材料】：一种新型可见光光响应的p型Ti(IV)基金属-有机框架

首页 > 行业动态 > 【Ti-MOF材料】：一种新型可见光光响应的p型Ti(IV)基金属-有机框架

摘要：
本研究报道了一种新型的Ti(IV)基多孔金属-有机框架（MOF）材料NTU-9，该材料在可见光区域表现出强烈的吸收能力，带隙为1.72 eV。通过密度泛函理论（DFT）计算进一步研究了其电子结构和带隙。光电化学研究表明，NTU-9在可见光照射下（λ > 400 nm）具有光活性，表现为p型半导体。结果表明，基于Ti(IV)的MOFs是能源转换和环境修复领域有前景的可见光光催化剂。

研究背景：
1）行业问题：能源问题和环境污染是当前面临的重要问题，需要开发新型的可见光驱动光催化剂。
2）TiO2因其良好的光稳定性、低成本、高效率、低毒性和高丰度而成为研究最多的光催化剂，但其大的带隙限制了其在紫外光范围内的应用。
3）通过有机配体或金属中心的调整，MOFs的比表面积、带隙和光活性可以被调节，本研究报道了一种新型的Ti(IV)基MOF结构NTU-9，其吸收可达750 nm，表现出p型半导体行为。

实验部分：
1）合成NTU-9：通过Ti(i-OPr)4与H4DOBDC在乙酸中反应得到红色的六角柱状NTU-9晶体。
2）结构表征：单晶XRD分析显示NTU-9晶体属于三斜空间群P-31c，Ti原子与六个氧原子八面体配位。
3）光吸收性能测试：NTU-9在可见光区域显示出从400 nm到750 nm的广泛吸收，中心吸收峰位于520 nm左右。

分析测试：
1）比表面积和孔径分析：使用PLATON计算，NTU-9的溶剂可及空隙约为50.7%。
2）热重分析（TGA）：NTU-9在100°C以下大部分客体分子被移除，保持结晶结构。
3）光电化学性质测试：三电极系统下测试了NTU-9的光电流响应，表明NTU-9在可见光照射下具有活性，表现为p型半导体。
4）Mott-Schottky测量：确定了NTU-9的平坦带电位约为0.76 V vs. RHE，估算了NTU-9的载流子浓度。

总结：
本研究成功报道了一种新型的Ti(IV)基MOF NTU-9，该材料在可见光区域具有显著的吸收能力，并表现出良好的光催化活性和稳定性。这些结果表明，基于Ti(IV)的MOFs是开发高效可见光光催化剂的有希望的候选材料。

展望：
1）尽管NTU-9展现出良好的光催化性能，但其在实际环境应用中的长期稳定性和可回收性仍需进一步研究。
2）当前研究主要集中于可见光下的光催化降解有机染料，对于其他类型的污染物，如重金属离子或有害气体的光催化性能进行进一步探索。
3）探索NTU-9在不同环境条件下的光催化机制，以及通过后合成修饰进一步提高其光催化效率和选择性。

A p-type Ti(iv)-based metal–organic framework with visible-light photo-response†
文章作者：Junkuo Gao, Jianwei Miao, Pei-Zhou Li, Wen Yuan Teng, Ling Yang, Yanli Zhao, Bin Liu and Qichun Zhang
DOI：10.1039/C3CC49440C
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/cc/c3cc49440c