基于MOF-808复合纳米材料的制备及其光催化性能的研究

发布时间：2020-04-02 07:37

【摘要】：环境污染和能源短缺一直是制约人类社会发展的重要问题。光催化作为一种绿色的环境净化及能源转化的新技术,已成为解决这一问题的重要手段,已广泛应用于空气净化,污水处理等领域。在光催化反应过程中,光催化材料的构建合成是影响光催化反应性能及效率的核心问题。金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由有机配体与无机金属中心(金属离子或金属簇)通过自组装彼此连接,形成的一种新型的具有周期性网络骨架结构的晶态多孔材料。该材料具有大的比表面积,高孔隙率,可设计的结构等优势,研究者们已经多次尝试MOFs作为一类新型的光催化剂,并得到了广泛的关注。本论文在近年来对MOFs研究的基础上,包含对MOFs材料的设计合成及在其他催化领域的应用,阐述了基于MOF复合结构对太阳光增强的光吸收,通过理性分析,设计合成了基于MOFs的光催化复合材料,以促进催化反应过程中电荷有效的分离。以比表面积大,稳定性高的MOF-808为基底,设计合成了三种MOF复合纳米材料,并分别研究了光催化污水净化,产氢及催化有机反应的性能。这些复合材料能够加快光生电子与空穴的转移和分离,提高对光生电荷的利用效率,从而能够大幅度的提高光催化反应活性。本论文所取得的主要研究成果如下:1、通过简单的水热法成功合成了MOF-808/BiOBr(简写为M8B)复合光催化材料,采用一系列分析测试手段对样品进行结构,形貌和性质等进行表征。结果表明,MOF-808对BiOBr微观结构有所影响,其大的比表面积结构抑制了BiOBr的团聚,使光催化反应位点增多,这促进了光生电子和空穴的有效分离。在罗丹明B(RhB)、甲基橙(MO)、环丙沙星(CIP)三种有机污染物可见光条件下降解的研究中,0.3-M8B具有最好的降解效果,对CIP进行了循环光催化实验表明其具有很好的稳定性和可重复利用性。2、采用低温水浴法合成了CdS/MOF-808/RGO(简写为CM8R)三元复合型光催化剂。对所制备三元材料进行XRD、FT-IR等测试表征,结果显示,三元结构有效抑制了CdS的光腐蚀现象,RGO的引入促进了光生电子的转移。可见光光催化产氢实验表明,50%CdS含量的CdS/MOF-808复合材料具有最高的产氢效率,引入RGO后,光催化效率提高了1.63倍,是单纯CdS产氢量的8.35倍,且经四次循环光催化产氢实验后依然保持较高的活性和稳定性。3、通过溶剂热法制备MOF-808/TiO_2(简写为M8Ti)型复合光催化剂,通过XRD、XPS、PL等研究方法对光催化剂的元素价态、光吸收性能以及电荷分离效率等进行分析。光催化氧化苯甲醇转化实验表明,所制备的复合光催化剂比两种单体材料展现出了更高的光催化性能且具有很高的选择性。
【图文】：

半导体光催化剂,位置

料对光的响应程度、化学稳定性和光量子利用效率，一直影响着光此，发掘出具有高效率的，高稳定的光催化材料一直是科研工作人。催化技术研究概述光催化简介催化技术与能源、材料、生命、环境、信息等学科交叉融合，可以作用直接将太阳能转化为化学能，是实现清洁可再生能源与环境净。光催化是指在紫外光、可见光或者红外光照射下，光催化剂吸收反应或初始反应的速率，引起化学反应成分的变化，其中起关键作剂。其反应原理是利用光催化反应中形成的光生电子和空穴对以及具有高氧化还原电位的活性氧物质，通过进行氧化还原反应来进一止，，有许多文献对光催化技术的基本反应原理进行了报道[11, 12]。

示意图,示意图,光催化剂,跃迁

半导体光催化剂具有特殊的能带结构，其中包括没有电子和充满电子的价带（VB），两者之间形成的能级差称为禁带宽度种半导体材料的能带位置如图 1.1[13]。光催化降解有机污染物的基本原理外及可见光（人造光源或太阳光）照射下，半导体光催化材料学能并加快有机化合物的合成与分解。当光照射在光催化剂上v）等于或大于光催化材料的 Eg时，这些光子会使光催化剂表面获得能量激发，从 VB 跃迁至 CB。一旦 e-跃迁到 CB，就会在+）。处于 CB 的光生电子与 VB 处的空穴将与氧（O2）或水分子超氧自由基（ O2-）或羟基自由基（ OH），能将有机物大分子氧化碳或其他小分子有机物和水，这些活性物种对某些有机反1.2 展示了光催化降解有机污染物的示意图[14]。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;O644.1;X703

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