基于CiteSpace的MOFs材料光催化性能的研究文獻計量分析

中圖分類號：TP3191.4 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2025）08-0169-05

Abstract： Taking all relevant literature on“Photocatalytic Performance of Metal-Organic Frameworks （MOFs）”in Web of Science （WoS）database as data source，this paper uses the CiteSpace to comprehensivelysort out and summarize the photocatalytic propertiesofMOFs materials fromtheaspects of thenumberofpapers published，theauthorsof thepapers，and theco-occurrnceofkeywords.Theresultsshow thatresearchonthisfieldbegan in2007and grewslowly from210to2014， afterwhichthenumberofpaperspublishedincreasedapidly.Therearealreadyestablishdresearchteamsinthisfeld，butthe lack of collaboration between teams mayconstraintheirdevelopment.Future research hotspots mainlyfocus on the theoretical research of photocatalytic properties of MOFs materials and their large-scale application to pollutants.

Keywords：MOFsmaterial; photocatalysis; visual analysis

0 引言

面對日益嚴重的能源短缺與氣候變化，利用催化劑將多余的 轉化為對人類有益的增值物質同時能夠降解污染物是最有效的解決方式，太陽能是最豐富的能源，但是分散性及間歇性使得其很難直接應用，光催化劑能夠實現利用光能進行物質轉化[1]。針對光催化劑的研究， 、Cds和 等半導體光催化材料已經趨于完善，它們存在吸收區域普遍較窄、易光降解、量子產率低、光子-電子易復合等缺點，阻礙了其進一步的實際應用。金屬有機框架材料（MOFs）是一種由金屬離子或團簇和有機連接劑通過自組裝方式形成的具有高度多孔性的晶體結構[2]，與半導體光催化劑相比具有許多優勢。首先，其結構可調能夠根據需要進行有機配體的優化合成以及金屬離子的有效定向選擇。能夠通過有機配體和金屬節點的選擇將光敏范圍從紫外光擴展到可見光甚至紅外光區域。其次，MOFs的最高占位分子軌道和最低空軌道的位置可以定向調節，從而改變MOFs的氧化還原能力控制反應選擇性。此外，框架結構具有高度的相容性能夠與多種配體結合，為進一步的光催化性能優化提供可能。Dai等將納米Cu粒子封裝于 Z r 基MOFs內增加了光催化活性位點，能夠有效催化 光還原。Du等[3]研究了以PCN-222（Fe）為金屬共光催化劑，對吡蟲啉（ICP）的去除率達到 90 % 。黃恒琪等[利用鈷基金屬有機骨架（Co-MOFs）原位生成富氮共摻雜C3N5（Co-C3N5）材料，可在 6 m i n 內完全降解初始濃度為 3 0 m g / L 的鹽酸氯四環素。由此可見，MOFs材料在光催化領域具有非常廣泛的應用前景。

CiteSpace軟件是一種新興的研究工具，此軟件通過繪制科學知識圖譜對文獻的文本數據信息進行可視化分析，繪制出來的知識圖譜使得數據呈現效果增強，以更加直觀的方式實現對數據的瀏覽和觀察，從而梳理出某一領域的研究熱點、前沿主題及其發展趨勢，為今后的研究提供參考[]。

本文旨在利用CiteSpace工具以WOS數據庫中的有關文獻為數據來源，對MOFs材料光催化性能領域進行可視化分析。可以清晰、準確地了解該領域的研究熱點、研究現狀和研究趨勢，為未來研究重點和方向提供一定的參考。

1研究方法及數據來源

本文數據來源基于WebofScience數據庫中進行檢索，檢索式為 T S= （\"MOFs\" OR \"metal-organicframeworks\"（All fields） And \"photocatalyst\"（Allfields） And \"Article\" OR \"Review\" （Document Type）And \"English\"（Language），檢索全部相關文獻，初步檢索得到1624篇文獻，CiteSpace去重得到1572篇有效文獻，運用CiteSpace及Origin軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1年度發文量數據統計分析

發文量分析可以清晰顯示MOFs材料應用于光催化領域的研究情況，其變化趨勢如圖1所示。如圖可知，針對MOFs材料光催化性能的研究從

2007年開始，2007一2010年發文量均僅為1篇，于2010—2014年開始緩慢增長，2007—2014年總發文量為31篇，此階段可認為是MOFs應用于光催化領域的初級探索階段，2015年開始發文量逐年顯著增加，2015—2024年間總發文量為1521篇。這一現象說明針對MOFs材料光催化性能的研究得到了越來越多的關注。

2.2發文作者共現圖譜分析

如圖2所示，發文作者共現網絡能夠體現該領域的發展趨勢與核心力量，以普賴斯定律 （Npmax）1/2，（其中：MP為核心作者發文數量，Npmax為研究年限內發表論文最多作者的論文數）得到 M P= 3 . 4 3 ，即核心作者應為發文量大于3篇的作者為節點繪制發文作者共現關系圖。

如圖2所示，圖中節點與作者字體大小與該作者發文量呈正比，不同顏色代表不同發文年限，圖中共包含299個節點，486條連線，網絡密度為0.0109，表明該領域學者的研究聯系較為緊密[7]。以 Jiang Hai-Long（21篇）、KumarAbhinav（14篇）、ChengMin（9篇）、KuwaharaYasutaka（6篇）四位學者為中心的研究團隊涵蓋了該領域大部分學者，其余少部分作者間存在小范圍交流聯系，個別學者進行獨立研究。可以看出，本領域發展已形成核心團隊，但團隊間的交流較少，未來加強團隊間的合作頻率對領域發展具有重要作用。

2.3關鍵詞聚類圖譜及突變分析

為分析該領域研究熱點繪制關鍵詞聚類圖，如圖3所示。圖中共283個節點2092條連線，網絡密度為0.0524，可知MOFs材料光催化性能研究領域的關鍵詞較為集中[]，根據聚類標簽可分析出該領域目前主要研究方向為：1）MOFs材料光催化產能及能源應用；2）MOFs光催化材料合成方法及活性位點研究。

圖4例舉了本領域的突現詞，體現了研究發展趨勢，由圖可知自2017年開始本領域的研究開始系統化，研究內容主要針對MOFs材料合成方法及催化性能的基礎研究。2018—2019年為M0Fs復合催化材料研究及產能應用。2020一2024年開始應用于水污染治理。其中強度較高的關鍵詞為催化活性（5.01）、配位體（5.26）、污染物（4.49）。針對MOFs材料光催化應用于污染物的研究是未來研究的熱點。

2.4研究前沿和發展趨勢分析

綜上所述，基于當前的研究現狀和發展趨勢，MOFs材料光催化性能的未來發展方向可能包括以下幾個方面。

2.4.1 光催化性能優化

未來的研究將致力于優化MOFs材料的光吸收性能[，提高其對可見光的利用率，從而增強光催化反應的速率和效率。盡管MOFs產生的光生載流子在可見光下通過其活性位點遷移，但MOFs中存在電荷復合。在某些情況下，MOFs之間可以構建共價鍵作為遷移通道，從而有效地緩解電荷復合。金屬有機骨架材料具有通過與其他半導體形成異質結結構來增強其光催化能力的潛力[0]。目前，提高MOFs光催化性能的方法如下：1）通過溶劑熱合成結合金屬或配體。2）配體功能化，通過選擇性地對MOFs進行官能團修飾，可以拓展MOFs的光譜響應范圍，增加其對太陽光的利用率，促進光生電子的有效激發，能夠降低禁用的帶寬，減少光生電子－空穴的再結合，從而提高光利用率提升其光催化性能。3）負載金屬離子或配體以增加光吸收同時抑制光生電子-空穴絡合物。4）負載金屬納米顆粒，在MOFs合成完成后通過浸漬、沉積或離子交換引入金屬納米顆粒，實現對MOFs結構功能的精細調控。5）將MOFs與其他半導體材料耦合形成異質結來產生更多的活性中心。6）用碳材料進行裝飾，比如碳量子點和氧化石墨烯[11]。

2.4.2 MOFs應用研究

MOFs材料的應用[]研究主要集中于以下幾個方面1）水凈化和污染物降解：隨著工業化進程的迅猛發展，水污染已嚴重危害了人的生命安全，并對其生態環境產生了極大影響。近年來，我國的生態環境問題日趨嚴峻，已逐漸成為一個不可忽視的社會問題。未來針對MOFs材料光催化的研究是一項環境友好的污水治理新方法，可實現污水中毒性的快速降解，是一項極具發展潛力的新興技術。當前，在提高其光電轉化效率方面仍面臨諸多問題。因此，發展新型的、高效的光催化材料是未來研究方向。2）光催化水分解：光催化水裂解由兩個半反應組成，即析氧反應（OER）和析氫反應（HER）。這是一個艱難的反應，需要克服 1 . 2 3e V 的能壘。為了實現整體的水分解，原則上MOFs的帶隙能（Eg）應 gt; 1 . 2 3 e V ，以滿足熱力學要求，且光催化劑的能帶最大值（VBM）應分別高于質子還原電位和低于水氧化電位，針對此需求對MOFs結構進行設計將具有重要意義。3）批量生產、操作條件和材料性能的評估，開發環保且具有成本效益的MOFs仍然是一個挑戰，因為生產MOFs尚不具有成本效益將限制批量生。大多數方法還使用大量有害的溶劑，可以用環保的替代品代替[13]。因此，更有效、更快速和更環保的方法對于降低生產成本至關重要。MOFs的穩定性和再生性在水處理的生產和運營成本中也起著巨大作用[14]。

2.4.3M0Fs材料光催化技術與其他技術的復合

MOFs材料光催化技術可以與其他水處理技術相結合，形成復合治理系統。例如，可以與膜技術、生物處理技術等相結合，實現水中污染物的全面去除和高效處理。

綜上所述，針對MOFs材料光催化性能的研究具有廣闊的前景和潛力。通過不斷優化材料性能、拓展應用領域、提高穩定性和開發新型材料，有望為水中污染物的治理提供更加高效、環保的解決方案。

3結論

本文以MOFs材料光催化治理水中污染物為研究對象，以WOS核心數據庫中所有年份的“MOFs材料光催化性能”的文獻作為研究樣本，運用CiteSpace軟件對發文量、作者、關鍵詞共現進行了可視化分析得出以下結論：MOFs材料的光催化性能研究起始于2007年。2010一2014年開始緩慢增長，2015年開始發文量呈線性增長的趨勢，該研究領域在未來將吸引更多的關注。該領域已形成專業的研究團體，以JiangHai-Long（21篇）、KumarAbhinav（14篇）、ChengMin（9篇）、KuwaharaYasutaka（6篇）四位學者為中心的研究團隊最具有代表性，團隊內部聯系緊密，但團隊間的合作較少，拓寬團隊合作是未來該領域發展的關鍵。目前該領域的主要研究內容集中在材料本身的結構優化及合成方法創新、產能及能源利用領域。近幾年開始應用于污染物降解，預測未來的發展趨勢為MOFs材料光催化性能提升的理論研究、規模化應用于污染物治理的方法研究及與其他技術耦合的技術研究。本研究結果對理解該領域的發展、研究現狀及未來發展方向提供助力，為相關研究和應用提供有益的參考。

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作者簡介：蘆夢楚（1995一），女，漢族，山東棗莊人，助教，碩士，研究方向：環境功能材料、水污染治理。