摘要：金属-有机框架（Metal-organic frameworks, MOFs）材料由于具有较大的比表面积、有序的多孔结构和可调的框架结构以及金属团簇赋予的良好理化性质，在光催化制氢域受到越来越多的关注。比表面及孔径分析仪可对多孔MOFs材料的比表面积和孔径结构进行快速的测量和分析，对于分析催化材料的微观结构和基础催化活性发挥着重要的作用。

l 金属-有机框架材料简介

金属-有机框架材料（metal-organic frameworks, MOFs）是一类基于金属离子/簇与有机配体以高度有序的方式连接而成的一类多孔材料。因其结构上的多样性、多孔性、可剪裁性以及超高比表面积等特性，近年来MOFs材料在气体吸附、存储和分离、电材料、催化域中得到了广泛的应用。

l 金属-有机框架材料在光催化分解水制氢中应用

光催化分解水制氢气技术，是一种获取绿色、高xiao氢能源的有效方式，通过将源源不断的太阳能转化为氢能，可从根本上解决环境污染和能源短缺问题。然而，目光催化材料依然面临着效率较低的问题。其中载流子易复合、缺少活性位点是限制其催化效率的主要因素。MOFs材料其超高的孔隙率以及较大的比表面积可以确保反应物与催化剂表面活性位点充分接触，以提高催化性能；同时其有序的孔道结构可以缩短电荷传递路径，从而提高电子-空穴对的分离效率。因此，MOFs材料的比表面积和孔道结构在光催化制氢域的应用受到越来越多的关注与研究。

图片来源：onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202107536

l 比表面及孔径分析仪对MIL-125 MOFs基材料的表征

近年来利用有机配体有效调节多孔MOFs材料以实现该类材料的可见光吸收、光催化活性的研究受到人们热切关注^[1]。如都师范大学万重庆教授等研究者^[2]利用后修饰技术和硫醚有机配体，成功将具有可见光吸收的2，5-二甲硫醚对苯二甲酸（H₂BDC-(SCH₃)₂）配体引入到多孔MOFs材料MIL-125晶格中，制备了一种具有高xiao催化活性的新型MOFs基材料，即x%-MIL-125-(SCH₃)₂。通过N₂吸脱附实验很好说明因H₂BDC-(SCH₃)₂配体的引入其吸附量及孔径分布发生对应变化。研究发现，当负载量x=20%时，即20%-MIL-125-(SCH₃)₂的光催化活性达到max。

图1 (a)N₂吸附-脱附等温线, (b)孔径分布图^[2].

如图1所示，由N₂吸附-脱附等温线计算得到的BET比表面积显示，20%- MIL-125-(SCH₃)₂的BET比表面积高达1101.57 m²/g比MIL-125-(SCH₃)₂的比表面积737.09 m²/g大得多(图1a)，50% MIL-125-(SCH₃)₂在加载更多的BDC- (SCH3)₂配体后，比表面积更小，光催化反应发生位点密度更低，因此与20%- MIL-125-(SCH₃)₂相比，光催化活性更低。随着BDC-(SCH₃)₂加入量x%的增加，1 nm的孔径分布减小（图1b），0.8 nm的孔径分布增大，表明BDC-(SCH₃)₂的-SCH₃基团凸出于空隙中，从而使x%- MIL-125-(SCH₃)₂的孔径和BET比表面积比母MIL-125减小。这些事实证实了BDC-(SCH₃)₂配体在MIL-125内取代了BDC配体，而不是在MIL-125外表面聚集，表明配体交换成功，保持了MIL-125原有的多孔道结构。

l 比表面及孔径分析仪对UiO-66-NH₂ MOFs基材料的表征

MOFs材料发展至，仍然存在诸如量子效率低、光吸收能力差等缺点，大地限制了该材料在光催化产氢域应用。近年来，为了显着改善MOFs材料的光催化性能，人们通过半导体耦合MOFs材料形成异质结构，既改善了单一MOFs材料光吸收性能差的缺点，又大提高了单一半导体材料的比表面积，其优yi的异质结构实现了光生电荷的快速分离从而增加光催化产氢活性^[3]。如Liu等人^[4]通过在UiO-66-NH₂ MOFs中引入Cd_0.2Zn_0.8S固溶体，成功合成一种具有不同含量UiO-66-NH₂的复合可见光催化剂Cd_0.2Zn_0.8S@UiO-66-NH₂。当UiO-66-NH₂的含量为20%时，复合材料（简称：CZS@UN20）表现出max的光催化产氢活性。通过N₂吸附-脱附等温线，我们能够清晰的观察到合成过程中复合材料比表面积和孔径结构的变化。

如图2所示，所有的Cd_0.2Zn_0.8S@UiO-66-NH₂复合材料具有比Cd_0.2Zn_0.8S更高的比表面积且复合材料的比表面积随着UiO-66-NH₂含量的增加而增加（图1a）。类似地，因为UiO-66-NH₂的总孔容比单体Cd_0.2Zn_0.8S的总孔容大得多，所以复合材料的总孔容也随着UiO-66-NH₂含量的增加而增加（图2b和2c）。复合材料的BET比表面积和孔容较纯Cd_0.2Zn_0.8S明显增大，有利于暴露复合材料中更多的活性位点，加快光生载流子传输效率，从而提高光催化产氢活性。

图2 (a) N₂吸附-脱附等温线, (b) Horvath-Kawazoe (HK)微孔尺寸分布, (c) Barrett-Joyner-Halenda (BJH)中孔尺寸分布^[4].

l 国仪精测比表面及孔径分析仪

国仪精测为材料提供了比表面及孔径分布分析方法，通过比表面积和孔径分布来研究催化剂的催化活性，在化学、材料、工业等域具有广泛的应用。产品具有测试高xiao、结果准确、性价比高、自动化操作简单易学等诸多优势。

全自动比表面及孔径分析仪V-Sorb X800(SM)单模组多功能型

全自动比表面及孔径分析仪V-Sorb X800(DM)双模组多功能型

参考资料：

[1] Hendon C H, Tiana D, Fontecave M, et al. Engineering the optical response of the titanium-MIL-125 metal-organic framework through ligand functionalization[J]. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(30): 10942-10945.

[2] Han S Y, Pan D L, Chen H, et al. A Methylthio-Functionalized-MOF Photocatalyst with High Performance for Visible-Light-Driven H₂ Evolution[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57(31): 9864-9869.

[3] Liu H, Zhang J, Ao D. Construction of heterostructured ZnIn₂S₄@ NH₂-MIL-125 (Ti) nanocomposites for visible-light-driven H₂ production[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2018, 221: 433-442.

[4] Su Y, Zhang Z, Liu H, et al. Cd_{0. 2}Zn_{0. 8}S@ UiO-66-NH₂ nanocomposites as efficient ａnd stable visible-light-driven photocatalyst for H₂ evolution ａnd CO₂ reduction[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2017, 200: 448-457.