金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs），由于其多孔性、大比表面积以及结构和组成的高度可调性，在现代材料学方面呈现出了巨大的发展潜力和诱人的发展前景。 对于一些新开发的，特别是在气体吸附/分离，多相催化、能源存储与转化等方面展现出优异性能的MOFs材料，其开发者常采用所在的大学/机构对其进行命名，如在MOFs领域“大名鼎鼎”的UiO, MIL, NU, HKUST等系列。
作为地球上最丰富的稀土元素，铈（Ce）价格低廉且电子构型特殊，是唯一同时存在+3价（Ce(III)）和+4价（Ce(IV)）两种稳定价态的稀土元素。正是由于这些特性，Ce在当今材料领域，特别是在催化领域扮演着十分重要的角色，典型的代表如二氧化铈（CeO2）。近些年，Ce(IV)-MOFs由于具有优异的氧化还原性能和光催化活性，已逐渐受到MOFs科研工作者的关注。但截至目前，由于Ce(IV)离子在溶液中的高还原性（Ce3+/Ce4+: 1.61 V vs SHE），绝大部分报道的Ce-MOFs都是Ce(III)-MOFs。
基于此，我校材料学院晁自胜教授团队金红广博士在近期的研究工作中，通过详细研究“明星”Ce(IV)-MOF UiO-66(Ce)和UiO-66(Ce)-NDC的热动学稳定性，开发了一种合成混合价态Ce(IV/III)-MOFs (CSUST-1)和四价Ce(IV)-MOFs (CSUST-3)的新方法。
CSUST-1：单晶结构分析表明，CSUST-1中存在分隔开的一维Ce(IV)链和Ce(III)链，并且Ce(III)链中的Ce(III)离子之间存在弱配位的氧阴离子，易于形成氧缺位，再加上Ce(IV/ III)氧化还原对优异的氧化还原性能，当CSUST-1作为隔膜涂层材料用于锂硫电池时，其能同时加快多硫化物的氧化还原动力学（抑制多硫穿梭效应）以及提高锂离子的传输速率，大大优化了锂硫电池的电化学性能。该工作以长沙理工大学为第一署名单位，以“Oxygen Vacancy-Rich Mixed-Valence Cerium MOF: An Efficient Separator Coating to High-Performance Lithium-Sulfur Batteries”为题，发表在ACS Applied Materials & Interfaces（IF = 9.229）上。金红广博士为第一作者和唯一通讯作者，博士研究生王鸣玉为论文共同第一作者。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c18899
CSUST-3：目前报道的40多例Ce(IV)-MOFs中，绝大多数都是基于Ce簇的UiO-66结构。单晶结构分析表明，CSUST-3是基于Ce-O链的Ce(IV)-MOF。采用溶剂交换热活化策略对其进行活化，暴露Ce(IV)开放位点后，CSUST-3能在温和的条件下，通过催化氧化羧化苯乙烯类化合物，高效固定CO2。与此同时，其也能在不使用贵金属作为共催化剂的条件下，光解水产氢产氧。该工作同样以长沙理工大学为第一署名单位，以“A Novel Cerium(IV)-Based MOF for CO2 Chemical Fixation and Photocatalytic Overall Water Splitting”为题，发表在ChemSusChem（IF = 8.928）上。硕士研究生谷嘉欣为第一作者，金红广博士为唯一通讯作者。
文章链接：https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.202102368
金红广博士致力于先进铈/卟啉/酞菁基多孔框架材料的设计开发和功能化应用研究，特别是在有机催化和光催化领域中的应用研究。此两项工作特别要感谢材料学院晁自胜教授团队的大力支持，经费来源主要包括湖南省教育厅优秀青年项目和湖南省自然科学青年基金。
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