金属有机框架MIL-125(Ti)复合材料的制备及其光催化性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mkkkj2009
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金属-有机框架(MOFs)化合物作为一种新型的结晶性多孔固体材料,是由金属离子或簇合物作为节点与有机配体桥连而成,具有高比表面积、多活性位点、可剪辑性和可功能化等特点,因此在光催化领域受到了广泛的关注。MIL-125(Ti)作为一种重要的MOFs材料近年来在光催化降解有机污染物方面得到了广泛的研究,但由于较宽的带隙导致对可见光吸收较差,严重限制了其实际应用。因此合理设计与合成具有优势结构与形貌的MIL-125(Ti)以改善其光催化性能具有重要的理论研究与实际应用价值。本文主要以MIL-125(Ti)作为主要研究对象,分别利用染料敏化和半导体复合等方法对其光催化性能进行改善,具体结论如下:通过水热法合成了具有高比表面积和富多孔结构的金属有机框架MIL-125(Ti),并以RhB作为敏化剂,采用物理吸附的方法合成了RhB/MIL-125复合材料。研究发现,通过RhB的敏化,不仅拓宽了MIL-125(Ti)半导体的可见光吸收范围,还有效的地降低了电子-空穴对的复合率,大大提高了MIL-125(Ti)的光催化降解MO溶液的光催化性能。光催化降解性能测试表明,吸附达到饱和时的RhB/MIL-125复合材料具有最佳的催化性能,其速率常数(0.03 min-1)是单独的MIL-125(Ti)(0.0004min-1)的75倍。通过自由基捕获实验得知:RhB提供电子到MIL-125(Ti)的导带与其表面吸附的氧分子结合生成的超氧自由基(·O2-);MIL-125(Ti)受到光能的激发电子转移到导带后,价带上遗留的空穴(h+)与超氧自由基(·O2-)共同作为催化反应的主要活性物种将染料分子降解。构筑半导体异质结构是改善半导体光催化性能的有效的方法之一。通过水热的方法合成了SnS2/无定型MIL-125(Ti)的复合材料。研究发现,MIL-125(Ti)在复合过程中结晶度降低,向无定型状态转变。而这种无定型态会使缺陷中心增多,进而大大增加了反应的活性位点,利于催化反应的进行,但这也导致了电子和空穴的分离效率降低,通过与SnS2复合可以有效地提高电子和空穴的分离效率。光催化性能测试表明,当MIL-125(Ti)的添加量为0.5 g(SM-5)时,SnS2/无定型MIL-125(Ti)催化剂表现出了最佳的光催化活性。其速率常数(0.0734 min-1)是单独SnS2(0.0052min-1)和MIL-125(Ti)(0.0006 min-1)的14倍和122倍。
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