摘要
金属有机框架(MOFs)作为一种新型光催化剂，是该领域近年来的研究热点。它是由有机配体与金属离子或簇之间的配位键形成的具有多孔网状结构框架的新型材料。由于其丰富多样、可定制的框架和孔结构以及表面积较大等特点，在催化、医疗、吸附等领域具有巨大的应用潜力。 为了研究改性MOFs材料在光催化领域的应用，本文以Ni-MOF为基体，通过对其金属离子、有机配体以及负载半导体氧化物进行改性，分别制备了不同的光催化材料，并对其进行XRD、FT-IR、XPS等各项表征，分析材料结构，在氙灯照射下进行光催化性能测试，并推测光催化降解机理。 本文中Ni-MOF是以六水合硝酸镍提供金属离子，有机配体均苯三甲酸作为骨架构建而成的一种光催化材料。由于镍和钴这两种元素化学性质相近，过渡金属元素钴也通常被用作金属离子来构建MOFs结构，所以本文选择镍离子和钴离子来构建双金属MOFs。Ni/Co-MOFs是以六水合硝酸镍、六水合氯化钴、均苯三甲酸为原料，采用溶剂热法制备而成。通过样品在氙灯照射下对亚甲基蓝(MB)的光催化降解实验确定了镍钴两种金属离子的最佳摩尔比例为10∶1，其在光照120分钟后对MB的降解率达到80.6％。此外，有机配体的改性也是MOFs光催化中一个极其重要的研究方向，通过引入不同的配体或光敏性基团，可以提高光响应范围增强光催化活性。在上述Ni/Co-MOFs基础上，我们添加了另一有机配体对苯二甲酸，均苯三甲酸和对苯二甲酸与镍钴金属盐反应，合成了一系列双金属混合配体MOFs材料。为探究有机配体对MOFs光催化的影响，我们设计了不同的配体比例，结果表明当配体比例为1∶1时光催化降解MB效果最好，120min降解率可达97.8％。光催化机理分析主要是通过莫特.肖特基测算和自由基捕获实验揭示，结果表明空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)是主要活性物质，在光催化过程中起主要作用。这主要是因为MB的氧化还原电位(1.77eV)低于材料的价带(VB)电位(2.01eV)，h+可以直接氧化MB。 采用溶剂热法制备Ni-MOF@BiOBr复合材料，探讨了不同含量的BiOBr对复合材料光催化性能的影响。通过对MB和环丙沙星(CIP)的光催化降解可以得出，当二者质量比为1∶1效果最好，在氙灯光源照射120min后，其对MB溶液的降解率可以达到82.8‰对CIP溶液降解率达92.8％。光催化机理分析推测Ni-MOF@BiOBr是一种n-n型异质结构复合材料，这种特殊的结构可以使电子和空穴在物理层面隔绝，有效抑制二者的复合，另外自由基捕获实验证明在光催化降解CIP溶液起主要作用的自由基是h+和羟基自由基(·OH)。
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