HPW@NPC复合材料的制备及在可见光下的光催化性能

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直接利用取之不竭和清洁的太阳光驱动化学反应对人类的可持续发展具有重要意义。为了维持良好的生活,促进工业和农业的发展,每年有数十亿吨的污染物注入水体,这威胁着地球上每个人的健康。而水体的自净很耗时,可能随着环境中污染物的积累而失效。常用来消除水体中的污染物一般为化学试剂,这些试剂成本相对较高,而且会造成第二次污染和环境问题。在本文中我们将能多次循环使用的多孔碳复合材料HPW@NPC用于降解有机染料甲基橙(MO)有望能应用于污水处理。以高结晶度、高比表面积的ZIF-8为前驱体制备纳米多孔碳(NPC),所制备的NPC也继承了ZIF-8的高比表面积和结构有序性的特点,可作为优异的载体材料。更重要的是,NPC继承了ZIF-8结构中氮(N)元素,这区别于普通活性炭以及g-C3N4材料。磷钨酸(HPW)为一种环境友好型固体酸催化剂,比表面积相对较小,易溶于极性溶剂,因此常将它负载于载体,然而由于Keggin结构的磷钨酸结构稳定与载体的作用较弱,在反应过程中易于流失。比如用普通活性炭负载时HPW基本就会完全溶解而失活。而NPC中的氮却能够使HPW相对稳定避免流失。因此,本工作将HPW与NPC制备了复合材料HPW@NPC,并在可见光照射下用于催化降解MO。首先,合成ZIF-8,对比已报导的合成ZIF-8的三种方法,本文采用以甲醇为溶剂的室温合成法来合成ZIF-8。其次,在950℃惰性气体氛围下煅烧ZIF-8得到NPC,再使用浸渍法将HPW与NPC相结合得到HPW@NPC复合材料。然后用一系列表征证明HPW确实稳定在NPC上,形成了Z-scheme异质结体系,复合材料的形貌没有因为HPW的加入而改变,并且HPW@NPC中含有N,N可为HPW提供稳定的锚定位点,从而提高HPW在NPC上的稳定性,这也是HPW能够稳定而不流失的原因。最后,将HPW@NPC用于光催化降解MO,结果表明光催化效果良好,多次循环使用光催化活性依然很强,超氧自由基和羟基自由基在光催化降解中起主要作用。并通过进一步实验说明复合材料中可能含有碳量子点。但是我仅将复合材料HPW@NPC用于光催化,我希望还能用在催化氧化还原等反应上以发挥HPW@NPC的更多性能。
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