天津大学王亚婷团队研究成果：吡啶基改性ZIF-8用于光催化分解水制氢的性能研究
引言：
金属有机框架（MOFs）材料因其独特的孔隙结构和便于调节的化学性质而在光催化领域显示出巨大潜力。沸石咪唑骨架材料（ZIF-8）作为光催化剂面临光吸收不足的问题。针对现阶段ZIF-8在应用中存在的难点，采用吡啶基功能化修饰的方法，改善ZIF-8禁带宽度，从而提高ZIF-8的光催化活性。由2,2’-联吡啶修饰的ZIF-8（2-BP）具有最强的光催化活性，其光催化析氢效率约为910.14 μmol/（g.h），是未修饰ZIF-8的7.3倍。论文基于天津大学王亚婷教授团队研究成果及国家自然科学基金项目资助。
1、全文速览 研究者们探索了各种策略来调整其禁带宽度以增强光催化活性。吡啶基团具有共轭体系，能够有效地吸收可见光。2021年，Li等使用一步热聚合法，以尿素和2-氨基吡啶为原料，成功制备出吡啶功能化的g-C3N4样品（2AP-CN）。活性测试表明，优化后样品2AP-CN-15的光催化析氢速率是原始g-C3N4的3.9倍。此外，吡啶基团作为Lewis碱基团，易于与ZIF-8中的金属离子形成配位键，从而促进活性位点的形成，并提高催化反应的速率。 本研究采用含有吡啶基团的有机配体对ZIF-8进行功能化改性，并结合XPS和FTIR等表征对样品的分子结构进行了研究。结合光吸收能力和光催化分解水产氢测试结果分析了活性提高的原因。此项工作为后续设计和开发高效配体修饰型MOFs光催化剂提供了借鉴。 2、图文展示 图1 样品2-BP的制备过程 图2 样品的SEM图像：(a)2-MP；(b)2-EP；(c)2-VP；(d)2-BP 图3 样品的TEM图像：(a)2-MP；(b)2-EP；(c)2-VP；(d)2-BP，2-BP的元素面扫图像：(e)Zn；(f)C；(g)N；(h)O 图4 样品的XRD图谱：(a)全谱；(b)局部放大图 图6 样品的高分辨率Zn 2p光谱图 图8 样品的高分辨率N 1s光谱图 图9 (a)ZIF-8及改性样品的UV-Vis DRS；(b)UV-Vis DRS经过Kubelka-Munk变换 图10 (a)ZIF-8及改性样品光催化产氢速率；(b)2-BP循环稳定性实验 3、结论 采用一步合成法制备吡啶改性的ZIF-8半导体光催化剂。采用SEM、TEM进行形貌观察，发现改性样品保持了ZIF-8原始结构。通过XRD、FTIR、XPS等分析手段证明改性ZIF-8的分子结构变化。分析考察不同吡啶有机配体的引入对ZIF-8光催化剂光吸收能力的影响。吡啶基的引入减小了ZIF-8的禁带宽度，增强其光吸收能力，并且2,2’-联吡啶修饰的ZIF-8（2-BP）其禁带宽度最小，由原始的5.06 eV减小至4.43 eV。其在模拟太阳光照射下的活性为910.14 μmol/(g.h)。通过循环稳定性实验可以得出，改性后的ZIF-8材料具有良好的化学稳定性，表明其具有潜在的实际应用价值。 引用本文 文章发表于《功能材料》2025年第56卷第3期，欢迎引用本文： 王亚婷,宋金岳,郑 艺.吡啶基改性ZIF-8用于光催化分解水制氢的性能研究[J].功能材料,2025,56(3):03001-03007. Wang Y T,Song J Y,Zheng Y.Pyridyl modified ZIF-8 for photocatalytic hydrogen production [J].Journal of Functional Materials,2025,56(3): 03001-03007.