【摘 要】
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金属有机骨架(MOF)材料是一类颇有前景的多孔材料,其性能易于调控、结构变化丰富,在流体的收集和筛选,电子感应,光学和非均相催化等行业都具有发展的空间,特别是在光催化领域展现出了较好的前景。然而,MOF材料存在着光生电子-空穴对的容易复合及水稳定性不佳等缺陷,因此其光催化性能目前仍有待提升。一方面,目前已有通过搭载高活性的贵金属纳米颗粒来提升其性能的报道;另一方面,受到半导体光催化剂的启发,基于M
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金属有机骨架(MOF)材料是一类颇有前景的多孔材料,其性能易于调控、结构变化丰富,在流体的收集和筛选,电子感应,光学和非均相催化等行业都具有发展的空间,特别是在光催化领域展现出了较好的前景。然而,MOF材料存在着光生电子-空穴对的容易复合及水稳定性不佳等缺陷,因此其光催化性能目前仍有待提升。一方面,目前已有通过搭载高活性的贵金属纳米颗粒来提升其性能的报道;另一方面,受到半导体光催化剂的启发,基于MOF材料类半导体的性质,通过构建MOF-MOF或MOF-半导体的异质结也可以有效地改善和提高光催化性能。本文利用钛原子置换的锆基MOF,分别与铂纳米颗粒和石墨烯相氮化碳(g-C3N4)进行复合,构建了两种复合材料,并对其光催化分解水制氢的性能和机理进行了研究。首先将锆基MOF材料UiO-66-NH2进行钛原子置换处理,获得了含不同比例钛的UiO-66-NH2(Ti)。然后,样品与g-C3N4和铂纳米颗粒分别进行复合,制备出两种复合材料Pt@UiO-66-NH2(0.1Ti)和g-C3N4/UiO-66-NH2(0.1Ti)。最后,采用XPS,XRD,TEM,SEM,UV和PL等几种方法对所制备的复合材料进行了测试和表征。在复合材料Pt@UiO-66-NH2(0.1Ti)中,钛原子被掺入UiO-66-NH2骨架,而铂纳米颗粒充当助催化剂修饰在内部。钛原子部分取代锆原子形成氧桥连金属簇,有助于电子-空穴对的分离,而铂纳米颗粒的内修饰提供了充足的催化活性位点。使得复合材料的光催化分解水制氢性能提升。在紫外可见光下,复合材料的最高氢气产率可达到0.58 mmol h-1 g-1,约为UiO-66-NH2的3.4倍。在复合材料g-C3N4/UiO-66-NH2(0.1Ti)中,钛原子被掺入UiO-66-NH2骨架,而g-C3N4外包覆于表面,与MOF间形成异质结。随着g-C3N4的含量增加,复合材料的光催化性能也随之增加,然而,当两种材料的比例超过1:10时,性能开始下降。选择比例为1:10的材料,在紫外可见光下,添加过量的铂纳米颗粒作为助催化剂,复合材料的最高氢气产率可以达到43.5 mmol h-1 g-1,约为UiO-66-NH2的2.6倍。
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