金屬有機骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一類通過金屬離子和有機配體自組裝而成的具有拓撲結(jié)構(gòu)的新型功能性材料,具有多孔性、骨架支撐性、電子傳導性和易調(diào)節(jié)性等多種優(yōu)良特性。MOFs通過調(diào)控可以產(chǎn)生傳遞電荷的能力、也可以通過引入具有光學活性的配體和金屬產(chǎn)生光催化活性,在光催化領(lǐng)域具有很大的應用前景。首先采用超聲剝離法,合成了由Ni~(2+)和Co~(2+)以及有機配體對苯二甲酸(H_2BDC)組成的雙金屬有機骨架納米片UMOFNs(Ultrathinning MOFs into two-dimensional(2D)nanosheets),分子式為Ni_xCo_x(BDC)_x(OH)_(2x)。進一步利用化學吸附法將其包覆在Ag_3PO_4納米顆粒上,得到了Ag_3PO_4@UMOFNs核-殼型復合光催化劑。光電測試表明,UMOFNs的快速傳遞電荷能力,使得光電流強度增加了1.5倍,利于增強光催化活性�？梢姽庀翧g_3PO_4@UMOFNs(5 wt.%)16 min內(nèi)降解苯酚的效率為100%,20 min內(nèi)降解雙酚A的效率為98.9%,與單體磷酸銀相比分別提高了1.6和1.8倍。淬滅實驗及ESR實驗證明光催化過程中主要的活性物種為·O_2~-和·OH。該核殼復合催化劑對有機污染物(苯酚或雙酚A)具有較高的光催化降解活性。在進一步的研究中,用機械化學研磨的方法將g-C_3N_4納米片與UMOFNs納米片復合到一起,形成了g-C_3N_4/UMOFNs(2D/2D)復合光催化劑,用于增強光催化分解水產(chǎn)氫性能。在復合催化劑中,負載3 wt.%的UMOFNs時,產(chǎn)氫活性達到最佳(1909.02μmol·g~(-1)·h~(-1)),是單體g-C_3N_4納米片的3倍,是體相g-C_3N_4的15倍。產(chǎn)氫活性明顯提高的原因是2D/2D結(jié)構(gòu)接觸面積大,活性位點多,電荷轉(zhuǎn)移路徑短,電荷分離效率高。圖38幅;表5個;參99篇。
【學位單位】：華北理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X703;O643.36;O644.1
【部分圖文】：

（a）MOF-5 （b）MIL-101 （c）ZIF-8圖 1 幾種典型的 MOFs 結(jié)構(gòu)Fig.1 Several typical MOFs structuresOFs 材料的合成方法OFs 的合成方法有許多種，因為 MOFs 是無限拓展的拓撲結(jié)構(gòu)，故其于有機物的聚合。常用的合成方法有：擴散法、溶劑熱法、機械混合[3,20,21]，如圖 2 所示。散法是在常溫常壓穩(wěn)定的外界環(huán)境下，將原料按照一定的配比混合成于一個小的容器中，然后將此反應液轉(zhuǎn)移至裝有有機溶劑的大容器中散，從而生成 MOFs 晶體[3]。這種方法操作簡單，但是耗時長，產(chǎn)量法是將金屬鹽和有機配體按一定的比例溶解在有機溶劑或水溶液中，移至反應釜內(nèi)，高溫（60~120°C）下反應一段時間（12~48 h），然后到 MOFs 晶體。這種合成方法用時較短，操作相對簡單、產(chǎn)量高，

圖 2 MOFs 材料的合成方法Fig.2 Synthesis methods of MOFs materials 材料在光催化中的應用工業(yè)化的發(fā)展，化石能源不斷的消耗，造成了嚴重的能源和環(huán)材料來光催化降解水體中的有機污染物或是直接光催化分解水被視為解決環(huán)境和能源問題的“綠色”途徑。究表明 MOFs 在可見光下，可以光催化降解有機染料分子，如羅丹明 6G 或甲基橙（MO）[22-24]。Laurier 等人合成了一系列可見光光催化劑[23]。在可見光照射下，所有的 Fe（III）-MO 顯示出較強的光催化活性，相同條件下明顯優(yōu)于 TiO2光催化一種新型的 Ti（IV）基金屬-有機骨架（NTU-9），帶隙為 1.72可見光吸收響應[22]。光電化學研究表明NTU-9為p型半導體，在照射下對有機染料（羅丹明 B 和 MB）具有良好的光催化降解

華北理工大學碩士學位論文電子發(fā)射躍遷，躍遷到導帶上，價帶上形成空穴。但是，光生電子和半導體體相內(nèi)和表面上復合，復合時產(chǎn)生熱能或是熒光，這部分復合能參與氧化還原反應。電子和空穴的有效分離決定了催化劑的光催化有機物過程中，電子和空穴能與表面吸附的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應。附在催化劑表面的 O2反應生成具有氧化能力的超氧自由基·O2-，是催污染物重要的活性物種。空穴則被 OH-和 H2O 俘獲生成強氧化能力的H，·OH 是主要的氧化劑，能夠氧化降解多種有機污染物。另外，光原能力，能與有機污染物結(jié)合，將其降解為小分子物質(zhì)。圖 3 為半導生的主要反應。
【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 曹燕;功能化金屬有機骨架材料的制備及其CO_2吸附性能研究[D];南京理工大學;2016年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 張磊;半導體光催化劑的設(shè)計及其光催化制氫的性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

2 韓瑜;基于過渡金屬(Co、Mn、Zn)的新型金屬有機骨架組裝及其催化性能研究[D];華東理工大學;2017年

3 丁蘭;π-π共軛提高光催化性能的研究[D];華北理工大學;2017年

本文編號：2841356