MOF基Ag@AgCl复合光催化剂的制备及性能研究

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金属-有机骨架(Metal Organic Frameworks,MOFs)是由金属离子和有机配体自组装形成的新型无机-有机杂化多孔晶体材料,因其拥有可调节的多孔结构、多样的形貌、超大的比表面积、开放的金属位点,并能获取光发生光生电子传递到金属簇(LCCT)的过程,促进电子-空穴的分离,增强光催化活性,这使得MOFs在光催化领域占据了一席之地。虽然MOFs具有半导体的行为,但其光催化性能相比于传统的半导体光催化剂还尚存劣势。因此,对于MOFs的结构设计和制备以及基于MOFs的改性来提高其光催化活性成为科研人员的研究重点。基于上述研究背景,合理设计构建了两种基于MOFs的复合光催化剂,并对其开展了一系列研究:(1)采用室温搅拌法合成ZIF-67,以ZIF-67作为模板通过高温煅烧制备具有十二面体多孔结构的C400,提高了对光的利用率。然后利用光沉积法在C400表面负载Ag/Ag Cl半导体材料合成新型高效的复合光催化剂Ag/Ag Cl/C400。接着通过一系列表征手段探索了复合光催化剂的晶体结构和颗粒形貌,Ag/Ag Cl/C400仍然具有十二面体结构,且对可见光利用效率大大提高,由于Ag/Ag Cl能产生表面等离子体共振效应,从而加快了光生载流子在催化剂表面上转移速率,提高了电子-空穴对的分离效率,因此有望增强催化剂的光催化活性。根据光催化降解甲基橙实验结果可知,复合光催化剂Ag/Ag Cl/C400表现出最优的光催化活性,光催化降解效率达90%以上,且表现出良好的稳定性和重现性。(2)利用溶剂热法以六水合氯化铁和2-氨基对苯二甲酸为原料,N-N二甲基甲酰胺为溶剂首先合成氨基功能化的MIL-101(Fe)-NH2材料,再通过光沉积法在MIL-101(Fe)-NH2表面负载不同含量的Ag@Ag Cl合成了具有高吸附-可见光光降解效率的复合光催化剂Ag@Ag Cl/MIL-101(Fe)-NH2。利用XRD、XPS、SEM、TEM等表征手段对几种合成材料的晶体结构和颗粒形貌进行了探索,采用PL、EIS以及光电流密度等测试对所制备材料的光电化学性质进行了相应的分析。接着通过复合光催化剂对有机染料亚甲基蓝的去除率判断了其催化能力的大小,研究结果表明复合光催化剂Ag@Ag Cl/MIL-101(Fe)-NH2在可见光下表现出良好的吸附和光催化性能;其中AAMN-3复合光催化剂表现出最强的亚甲基蓝吸附-可见光光催化降解效率,且具有较好的稳定性和重复使用性。
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