钴/钛MOF的合成与转化及其光催化研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xiaxianfeiaini
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近年来,随着经济的快速发展,人类对于化石能源的消耗量日益增加,由此不可避免的带来种种环境问题,而CO2排放量过大所导致的温室效应问题更是亟待解决。光催化还原CO2利用清洁可再生的太阳光作为能量来源,将CO2转化为碳氢燃料,是目前很有前景的CO2转化技术。MOFs材料目前已被广泛应用于光催化领域,主要原因包括其具有均匀丰富的孔道、可引入光活性配和非均相反应等特征。本论文旨在合成负载金纳米粒子的二维MOFs材料,研究其在不同金负载量和纳米片厚度的条件下光催化还原CO2的性能;合成以MOFs材料为模板的多孔空心笼状TiO2材料,研究其光催化苯甲醇和硝基苯生成席夫碱的性能,为MOFs材料在光催化领域的进一步应用进行探索。将二维MOFs材料应用于光催化还原CO2,能够有效改善三维MOF中CO2和产物的缓慢传质问题,高度暴露的活性位点和高效电荷转移也有利于提高光催化性能,然后通过负载金纳米粒子进一步增强其光活性。通过PVP辅助溶剂热法合成二维MOF纳米片PPF-3,经热处理后负载不同量的金纳米粒子,得到Au/PPF-3,将其应用于光催化还原CO2。实验结果表明,当金纳米粒子与PPF-31的质量比为1:10时,Au/PPF-3的光催化性能达到最优,HCOOH的平均生成速率在4 h内达到42.7μmol g-1h-1,另外,与厚纳米片合成的Au/PPF-32相比,薄的纳米片合成的Au/PPF-3的催化性能更好。金纳米粒子在催化中的主要作用是通过等离子共振效应增强Au/PPF-3的光吸收能力,使二维MOF纳米片PPF-3的光催化性能得到增强。本研究为构建高效的MOF基光催化剂提供了一种新颖且通用的策略。以多孔MOFs材料为模板制备TiO2材料,能够将MOF的多孔性及大的比表面积等优点整合到TiO2材料中,进一步增强多孔TiO2材料的光催化性能。以NH2-MIL-125为模板,通过引入L-丙氨酸制备多孔空心笼状钛氧化物,再通过灼烧的方式制备多孔空心笼状TiO2,将其应用于光催化苯甲醇和硝基苯生成席夫碱反应。经实验探究,多孔空心笼状TiO2的光催化性能好于P25,且好于直接灼烧NH2-MIL-125得到的块状TiO2,当灼烧温度为590℃时得到的多孔空心笼状TiO2具有最好的光催化性能,席夫碱转化率达到97.6%。
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