核壳结构NH2-UiO-66@TiO2的制备及其可见光下的甲苯降解性能研究

作者：周易; 欧阳威龙; 王岳军; 王海强^*; 吴忠标

来源：Acta Physico - Chimica Sinica, 2021, 37(08): 107-114.

• 核壳结构
• 可见光
• 光催化剂
• NH2-UiO-66
• TiO2

金属有机骨架(MOFs)在可见光光催化方面具有重要的应用价值,但其通常受制于稳定性不佳和光生电荷复合率高的缺点。与无机半导体复合是提高MOFs活性的有效途径之一。本文以水热法制备NH2-Ui O-66,在其表面包裹非晶态的TiO2层,制备出一种核壳结构的MOF@TiO2催化剂(NH2-Ui O-66@TiO2),并考察了其在可见光下对甲苯的降解性能。实验结果表明其性能优于NH2-Ui O-66及直接固混法制备的样品。在可见光照射下,其3 h内的甲苯降解效率可达76.7%,是NH2-Ui O-66的1.48倍。四次重复使用实验证明其光催化性能稳定,仅有轻微失活,且经乙醇洗涤后可恢复活性。采用X射线衍射(XRD)等表征手段考察了其物理化学特性,并根据表征结果和光催化活性数据探究了NH2-Ui O-66@TiO2光催化性能的提升机理。结果表明,NH2-Ui O-66@TiO2一方面得益于NH2-Ui O-66的可见光激发特性和超大的比表面积(914.9m2·g-1),可以拓宽光吸收范围,有效吸附和活化污染物;另一方面在于包覆的TiO2与NH2-Ui O-66形成了异质结,可以有效拓宽光吸收范围,提高光生电子空穴对的利用率。电子和空穴对一经形成即可通过界面转移。空穴会在NH2-Ui O-66的HOMO与H2O结合形成羟基自由基(·OH)。同时,电子在TiO2的导电与氧分子结合生成超氧自由基(·O2-)。两种自由基数量的增加致使甲苯有效氧化。本研究可为核壳结构的MOF@光催化剂设计和室内空气的光催化净化提供参考。

• 单位
  浙江大学; 浙江天蓝环保技术股份有限公司