摘要
光催化技术，凭借其高效环保、反应条件温和、降解速度快的优点，在处理水污染方面得到广泛的应用。传统的光催化降解污染物主要使用半导体光催化剂，但半导体光催化剂存在吸光范围窄、对光能的利用效率低等问题。金属有机框架材料（ Metal-organic frameworks，MOFs）作为一种多孔金属材料，因其具有独特的多孔结构和可调控的物理化学性质而受到研究者们的关注和青睐，这些特点使其能够有效地弥补半导体光催化剂在催化过程中的不足。但纯MOFs材料在光催化过程中仍面临结构不稳定、催化活性位点不明确、光生电子和空穴复合率高等一系列挑战，这些问题都在不同程度上影响了其光催化的降解效果，制约了MOFs材料作为光催化剂在实际应用中的表现。本文基于Gd(BTC)(H2O)6和Nd(BTC)(H2O)6，采用金属元素掺杂策略，成功制备了含Bi元素的BG-BTC和BN-BTC的MOF材料，这种MOF材料在经过烧制后，形成了含有Bi2O3/Gd2O3以及Bi2O3/Nd2O3的氧化物材料。通过系统的表征和光催化实验，对这些新型 MOF 材料的微观形态、组织结构和光催化性能进行了探究。主要研究内容与结果如下： (1) 利用水热法制备形成了Gd(BTC)(H2O)6，并且将金属离子Bi掺杂于Gd(BTC)(H2O)6中，合成了含Bi元素的BG-BTC的MOF材料，通过烧制后形成Bi2O3/Gd2O3。通过对材料进行研究发现，材料的吸附性能得到了提升，并且对可见光的吸收范围更大，提高了光生载流子的迁移效率，降低了电荷转移电阻，从而材料的光催化性能进行了改善。通过降解模拟的盐酸四环素溶液可以发现当 Bi 的含量达到 70%时，材料的催化效果最好，在可见光照射 180 min 后，溶液中的盐酸四环素几乎完全降解，并且在四次循环实验后，材料仍然保持较高的降解活性。 (2) 采用水热法合成了 Nd(BTC)(H2O)6。金属离子 Bi 的掺杂形成了含有 Bi/Nd 的 MOF材料，烧制后形成Bi2O3/Nd2O3。实验数据表明，Bi金属的引入增大了材料的反应面积，并有效降低了电子-空穴对复合率，进而延长了光生载流子的寿命，产生更多的活性物种。这些改进共同促进了材料光催化性能的提升。表明适当的金属离子掺杂能够有效改善材料的结构形貌和特性，从而产生对增强光催化效果有利的影响。当Bi的含量达到70%时，材料在 180 min可见光的照射下，对溶液中的罗丹明 B 的降解率可达到 96%。通过四次循环实验以及不同水体下的降解实验发现材料的循环稳定性良好且可适用的范围较广。
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