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MOFs是一种高孔隙率结构多样的结晶性材料,因其具有多孔性和热稳定性已成为具有发展潜力的催化材料。发展基于非贵金属的MOF材料,并将其应用于模拟光合系统II具有重要意义和应用价值。本论文总结了水氧化催化剂的研究进展和MOFs材料在催化领域的应用,制备并表征了三种MOF-Fe、一种MOF-Eu以及两种MOFs复合材料,研究了它们的催化水氧化性能以及对苯甲醇的催化氧化性能,最后探讨了这些MOFs材料的光催化机理。其主要研究内容及创新点如下:(1)通过静电自组装的方法合成了基于稀土金属铕的MOF/GO复合材料,通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱以及拉曼光谱表征了其结构,并将其应用于不同条件下的光催化水氧化反应,研究了其催化机理。根据实验结果分析发现GO的复合有效地提高了电子迁移速率,减少了光生电子-空穴对的复合,增强了光催化活性。MIL-LIC-1(Eu)良好的可见光吸收性能使其成为集光敏剂与催化剂于一体的多功能多孔材料。捕获实验分析发现,光生空穴和·OH是催化过程中的活性中间体。在此基础上,我们检测了MIL-LIC-1(Eu)及其复合物在不同条件下对苯甲醇的氧化活性,并探讨了对苯甲醇的氧化机理。根据实验结果推测,水是催化过程中的重要氧源,在有水参加的醇氧化体系中,苯甲醇的转化率可达85.4%。此研究结果为以水为氧源的其它光驱动氧化反应提供了一种新思路;(2)制备了三种不同羧基配体的铁基MOFs材料(MIL-53(Fe)、NH2-MIL-53(Fe)和MIL-100(Fe),其对应的有机配体分别为对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸和均苯三甲酸),根据BET、循环伏安曲线、光电性能、活性中间体的捕获结果,讨论了配体对铁基MOFs材料催化水氧化活性的影响。其中,MIL-100(Fe)的表现出较高的催化活性,TON值达到了119.4,TOF为0.75 min-1。结果表明,有机配体的长度和大小以及配位羧酸的数量与催化活性有直接关系。有机配体的分子体积越大、长度越长,形成的MOFs材料孔径越大,同时也会产生较多的有效的活性位点,所以就会表现出更好的催化活性。因此,一种含有较多配位点、分子长度和大小适中的有机配体的设计和筛选有助于制备出一种高活性的MOFs催化材料;(3)在NH2-MIL-53(Fe)的基础上通过后修饰的方法制备了一种新型的铁/钴双金属MOFs复合物(FBNC),通过SEM、XRD、红外光谱、拉曼光谱等表征其结构,检测了FBNC在不同催化条件下的水氧化活性。通过电化学方法研究了复合物中金属价态的变化以及光电转换性能。研究表明,金属钴的引入有效地提高了前驱体NH2-MIL-53(Fe)的水氧化和光电转换性能。实验证明这种双金属复合物还是一种集光敏剂和电子受体于一体的多功能光催化剂,水氧化的最高TON值达到了110.5,苯甲醇氧化转化率可达91.1%。因此,这种多功能的铁钴双金属MOFs复合材料为光活性材料的设计和功能化修饰提供了新思路。