金属硫化物与UiO-66复合材料的制备及性能研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hujun_xiao
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近年来,由于环境污染和能源紧缺等问题,人类开发了很多环保新能源、新技术应用于环境污染治理。基于半导体的光催化技术被认为是最有效的策略之一,该方法充分利用了无污染,可再生的太阳能,可有效降解废水中的有机污染物。UiO-66作为典型的金属有机骨架材料(MOFs)以其超高的稳定性,丰富的活性位点,以及具有半导体材料性质等优点,在光催化领域得到众多专家学者的青睐。金属硫化物作为传统的半导体材料在光催化领域也得到了充分的利用。遗憾的是,两者均有各自的不足之处:UiO-66对可见光利用率差,光催化活性较低;金属硫化物存在光腐蚀,稳定性不足且缺乏反应活性中心。故本论文旨在合成一系列金属硫化物与UiO-66的复合材料,以减轻单一材料的缺点并组合两者的优点。主要研究内容有:(1)首先,本文成功合成了一系列UiO-66-X(X=H,NH2,Br,(OH)2,(SH)2),并研究了配体修饰对UiO-66-X在可见光下对RhB降解活性的影响。出人意料的是,具有窄带隙的UiO-66-NH2和UiO-66-(OH)2几乎没有光催化降解活性。通过电化学测试方法,我们发现染料敏化作用以及电子分离效率是UiO-66-X光催化降解RhB的决定性因素,而不是以往报道的取代基电子效应影响、禁带宽度等理论。此外,这种趋势还可以扩展到对刚果红和甲基橙的降解。(2)其次,本文以片状ZnS(en)0.5为前驱体,与UiO-66-(SH)2在170 oC下进行反应,成功制备出片状ZnS与UiO-66-(SH)2的复合物,记为US/ZnS。并对复合材料及单体进行了光催化性能研究。ZnS(en)0.5前驱体在高温溶剂热辅助下脱去乙二胺分子,生成六方纤锌矿型结构的单体ZnS。RhB光催化降解实验结果表明,在可见光照射下,复合材料比单体ZnS的光催化活性显著增强,其中US/ZnS-0.2的光催化性能最为优异,光照75min后的降解率约为80%。(3)最后,本文还设计制备了ZnIn2S4与UiO-66-(SH)2的复合材料,记为ZIS/US。首先在不同硫源(硫代乙酰胺,L-半胱氨酸)和不同反应溶剂下,探究了使ZnIn2S4产物光催化性能最优化的反应条件。并选取该最优条件为制备复合材料的反应条件,负载不同量的UiO-66-(SH)2,制备出ZIS/US复合材料。RhB光催化降解实验结果表明,复合物的光催化活性均高于原始单体材料。其中,ZIS/US-20复合物的光催化性能最强,仅仅5 mg的用量,在可见光照射60 min后的降解率就高达96%。复合物增强的光催化活性主要归因于电子和空穴在ZnIn2S4与UiO-66-(SH)2之间能够有效分离以及复合物能够产生更多的活性物质(OH·,O2)。
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