维也纳技术大学
教授
张秀坤·埃德尔和沙加耶格·纳格迪
学分:维也纳技术大学 催化剂通常是固体材料，其表面与气体或液体接触，从而能够进行某些化学反应
然而，这意味着任何不在表面上的催化剂原子都没有实际用途
因此，生产每克催化剂材料具有尽可能大的表面积的极其多孔的材料是很重要的
维也纳大学(TU Wien)的科学家和其他研究小组一起，现在已经开发出一种新的方法来生产高度活跃的海绵状结构，具有纳米尺度的孔隙率
决定性的突破是通过两步过程实现的:使用金属有机框架(MOFs ),其中已经包含许多微小的孔
然后，一种不同的洞被创造出来——这些人造洞充当分子的高速通道
这使得打破以前将水分解成氢和氧的活动记录成为可能
这项研究结果已经发表在《自然通讯》杂志上
纳米尺度的海绵 “金属有机框架是一种令人兴奋的多功能材料，”该研究的主要作者Shaghayegh Naghdi说
“它们由微小的金属氧簇组成，这些金属氧簇与有机小分子连接成高度多孔的混合网络
在外面，我们看到一种固体材料，然而，在纳米尺度上，它有许多开放的空间，提供已知最大的比表面积，高达7000平方米每克
" 这些特性推荐MOFs用于气体分离和储存、水净化和药物输送
此外，具有不同化学、电子和光学性质的分子化合物的原子级接近性使得它们也是光催化和电催化的有前途的候选物
张秀坤·埃德尔教授说:“到目前为止，最大的问题是固有孔隙的直径对于有效的催化转化来说太小了。”
“我们谈论的是非常长和极小的0
直径为5到1纳米，大约相当于许多小分子的大小
反应物分子到达MOFs内部的活性位点需要一些时间，这大大减慢了催化反应
" 为了克服这一限制，该小组开发了一种利用MOFs结构灵活性的方法
“我们结合了两个结构相似，但化学性质不同的有机接头来创建混合配体框架，”博士解释说
阿列克谢·切列万
Shaghayegh Naghdi说:“由于两种配体的热稳定性不同，我们能够通过一种叫做热解的过程以非常有选择性的方式去除其中一种配体。”
这样，可以添加直径高达10纳米的其他种类的孔
材料的原始纳米孔由互连的“断裂型”孔补充，这些孔可以作为分子通过材料的高速连接
六倍于活性 IMC的小组与来自维也纳大学和以色列Technion的同事合作，使用大量尖端的实验和理论技术来充分描述新材料的特性，这些材料也经过了光催化H2演化的测试
裂缝型孔的引入可以将催化活性提高6倍，这使得这些MOFs成为目前制氢的最佳光催化剂之一
在液相应用中，特别是涉及较大分子的吸附、储存和转化，例如在药物递送和废水处理领域中，预期引入较大孔的最大益处
这种新方法还为光/电催化应用提供了额外的好处:“配体的选择性去除引入了不饱和金属位点，这些位点可以作为额外的催化反应中心或吸附位点
我们预计这些位点会影响反应机制，从而影响更复杂的催化过程的产物选择性
埃德尔
该团队目前正在用MOFs测试这一假设，将二氧化碳光催化转化为可持续燃料和日用化学品
化学工业也对这些催化剂感兴趣，这些催化剂有助于在低温和环境条件下用更绿色的光催化过程来替代高能耗的热催化过程
这种新方法非常通用，可以应用于各种MOF结构和应用
“因为我们目前知道大约有99个
Shaghayegh Naghdi说:“实际上，未来还有很多工作等着我们去做
"
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