双氨基功能化UiO-66的构筑及其光催化CO2环加成性能研究
Construction of Dual-Amino Functionalized UiO-66 and Its Photocatalytic Performance for CO2 Cycloaddition
摘要: 本文设计并合成了一种双氨基功能化的UiO-66 (UiO-66-(NH2)2),系统研究了氨基数目对光催化CO2与环氧丙烷(PO)环加成反应性能的影响。通过XRD、FT-IR、SEM/TEM和DRS表征,结果表明氨基功能化并未破坏UiO-66框架结构,同时增强了可见光吸收能力。光催化实验结果显示,UiO-66-(NH2)2在可见光(λ ≥ 420 nm)条件下,环氧丙烷的转化率、产率和选择性均优于UiO-66和UiO-66-NH2,转化率可达52.89%,选择性高达98.53%。提升性能的主要原因在于:Zr4+金属中心提供Lewis酸位点,氨基作为Lewis碱位点协同活化CO2和PO分子,并在光照下促进电子转移和反应中间体生成。该研究为设计高效MOFs基光催化剂及CO2资源化提供了新的思路与方法。
Abstract: A dual-amino functionalized UiO-66 (UiO-66-(NH2)2) was designed and synthesized to systematically investigate the effect of amino group number on the photocatalytic cycloaddition of CO2 with propylene oxide (PO). The crystal structure, functional groups, morphology, and optical properties of the samples were characterized by XRD, FT-IR, SEM/TEM, and DRS. The results indicate that amino functionalization does not destroy the UiO-66 framework, while significantly enhancing visible-light absorption. Photocatalytic experiments show that UiO-66-(NH2)2 exhibits superior catalytic performance compared with UiO-66 and UiO-66-NH2 under visible light (λ ≥ 420 nm) with tetrabutylammonium bromide (TBAB) as co-catalyst, achieving a PO conversion of 52.89% and selectivity of 98.53%. The improved performance is attributed to the synergistic effect between Lewis acidic Zr4+ sites and Lewis basic amino groups, which cooperatively activate CO2 and PO molecules, while photoexcitation promotes electron transfer and the formation of reactive intermediates. This study provides a novel strategy for the design of high-efficiency MOFs-based photocatalysts and contributes to CO2 utilization and green chemical synthesis.
文章引用:林雅昕, 沈嘉灵, 林鑫萍, 吴绍煜, 金许雯, 吕雅静, 梁若雯, 陈峰. 双氨基功能化UiO-66的构筑及其光催化CO2环加成性能研究[J]. 材料科学, 2026, 16(2): 112-119. https://doi.org/10.12677/ms.2026.162029

参考文献

[1] 郑建明, 杨欣. 我国能源效率对二氧化碳排放的影响[J]. 合作经济与科技, 2025(5): 16-19.
[2] 邵斌, 孙哲毅, 章云, 等. 二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展[J]. 化工进展, 2022, 41(3): 1136-1151.
[3] 徐利林. 环状碳酸酯的多相催化体系制备分析[J]. 聚酯工业, 2025, 38(5): 250-252.
[4] 李妍红, 温贺麟. 以二氧化碳为原料制备聚醚多元醇的研究及工业化应用[C]//《中国招标》期刊有限公司. 新质生产力驱动第二产业发展与招标采购创新论坛论文集(五). 2025: 291-293.
[5] 廖旭, 林金清. 光催化CO2环加成反应制备环状碳酸酯的研究进展[J/OL]. 精细化工, 1-16. https://10.13550/j.jxhg.20250654, 2026-01-01.[CrossRef
[6] 程若霖, 王悦, 杨菲, 等. 金属有机骨架(MOFs)在光催化CO2环加成反应中的应用综述(英文) [J]. 无机化学学报, 2025, 41(12): 2429-2440.
[7] 孟祥明, 徐涵. 金属有机框架材料在处理染料废水中的应用进展[J]. 精细石油化工进展, 2025, 26(6): 35-40.
[8] 姚凯瀚. 金属有机框架NH2-UiO-66材料的尺寸调控及其光催化还原二氧化碳性能研究[D]: [硕士学位论文]. 扬州: 扬州大学, 2025.
[9] 徐纤云. 基于适配体功能化铁金属有机框架材料的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的检测方法研究[D]: [硕士学位论文]. 无锡: 江南大学, 2025.
[10] 史雨翰. Zr-MOFs材料(UiO-66)异质结复合催化剂的制备及其光催化还原CO2性能的研究[D]: [硕士学位论文]. 西安: 陕西科技大学, 2023.