Bi2S3@MOFs核壳结构构筑及催化性能研究(3)

早在二十一世纪初,科学家们[10]合成了一种基础性的该种材料,它的比表面积大致是3000m/g;之后,又有科学家[11]制备出了更先进的MOF-177,它的比表面积


早在二十一世纪初,科学家们[10]合成了一种基础性的该种材料,它的比表面积大致是3000m/g;之后,又有科学家[11]制备出了更先进的MOF-177,它的比表面积更大,达到了惊人的4500m/g,这也是在当时MOFs类材料里面拥有最大的比表面;到了2010年,这些科学家[12]经过几年的潜心专研,又研究出了MOF-210号材料,其比表面积进一步提高到6240 m/g。Langmuir[13]的比表面积进一步提高到10400 m/g,这是一个巨大的比表面积,在理论上已然逼近固体材料中的极值。

1.2.2 NH2-MIL-125(Ti)的简述

本次试验将要用到的MOFs材料是NH2-MIL-125(Ti)(Ti8O8(OH)4(NH2-BDC)6,NH2-BDC=2-氨基对苯二甲酸),禁带宽度2.7eV左右,存在较强的类半导体性质。在已有报道中有采用2-对苯二甲酸和钛酸四丁酯作为原料以甲醇和N-N-二甲基甲酰胺作为溶剂和助剂来合成NH2-MIL-125(Ti)。NH2-MIL-125(Ti) 不仅因比表面积大具有较强的吸附能力以及能提供到更多光催化活性位点,考虑到能带与硫化铋相匹配,电荷能有效转移,认为Bi2S3和NH2-MIL-125(Ti)复合,将是一种合理的选择。作为非常有潜力的功能性纳米材料,而且在可见光下具有光催化活性。与传统沸石相比,它不仅具有无机、有机等性能,而且拥有孔隙率数量庞大、比表面积超越绝大多数材料、合成简单方便等优点。这些优越的条件和性质让这种材料可以应用于多相的催化、分离杂质、吸附气相分子、传感器、电磁学、光学、光催化等方面,它还具有优越的光电特性,被科学家称为是光能吸收和传递的优良材料。如此多的潜在应用价值让它已成为科学界的热门课题之一。

1.3  半导体光催化剂

1.3.1  半导体光催化剂的简述

近几年,半导体光降解技术认为是目前用于去除水中污染物最有前景的策略。此技术高效成本低,最终分解产物为CO2和H2O,对环境不会造成二次污染。因此,国内外工作者已经致力于研究一些可用于降解有机污染的半导体催化剂如TiO2,ZnO和Cu2O[100]等。但是经研究发现,这些传统半导体材料在可见光下量子效率低,导致难以应用到实际当中。然而随着工业的快速发展,环境水体污染和能源短缺已逐渐成为全球性的危机,因此,迫切需要开发一种能够利用取之不尽的太阳光来降解水中有机污染物的新型高效催化剂。

1.3.2 半导体硫化铋的简述

半导体无机材料铋金属拥有优异的催化特性,现阶段,科学家们将目光转移到了铋系半导体,因为其具有较好的化学稳定性,无毒且易回收,可重复利用,以此成为了催化反应研究领域的重点方向之一。铋材料在地表资源中储藏丰富,化学稳定性号,无毒无害,具有更优秀的配位特性,也是一种理想的构筑MOF的材料[14]铋酸盐是一种具有相当大潜力的催化剂材料,因为在铋酸盐中,Bi3+的价电子让它拥有一种 Bi-O键的3D网状片层结构。铋的光催化材料是非二氧化钛系半导体光催化类材料中的一种,拥有独特的价电子结构,价带是6s ,2p的杂化轨道组成。在可见光的波段上,对于光能的吸收拥有一条很陡的吸收边,空穴的流动和形成在阴阳离子进行反键作用的促进下,光催化的反应更加容易。硫化铋是带隙直接的半导体类别材料,它跟氧化铋的有着类似的结构,它的能带间隙大概在1.2-1.7eV,在室温下禁带宽度Eg=1.3eV,具有优异的光电催化活性[15]。

1.3.3 纳米硫化铋的研究现状

随着纳米技术的进步和发展,研究者们合成了一些功能不同、形貌各异的纳米铋硫化物材料,纳米材料比表面积巨大,拥有更多的光催化活性位点,能够大大提高硫化铋的光催化能力。到目前为止,研究人员已经合成了零维颗粒状和一维线装和二维平面状和三维空间网状类似结构的微钠硫化铋材料。