浙大王立和俞豪杰团队 JHM：用于可见光下双酚A降解的g-C3N4增强的二茂铁改性 Uio-66-NH2 复合物光催化剂

2022-06-12 来源：高分子科技

双酚A（BPA）是一种广泛用于塑料制备的化合物，其在塑料生产和使用过程中会不可避免地进入到水环境中。BPA是一种内分泌干扰物，相关研究表明即使低至纳克级的BPA也会影响人体健康。因此在相关行业的工业废水中去除BPA非常重要。石墨相氮化碳（CN）基光催化技术因操作容易、稳定性高和光响应性好等优点被认为是一种有效降解水中BPA的技术。然而，CN的光生载流子（电子和空穴对）极易重新复合，影响了其进一步的发展和应用。因此，设计具有高催化活性的BPA降解光催化体系具有重要意义。

近日，浙江大学王立教授和俞豪杰副教授团队利用席夫碱反应将二茂铁（Fc）基团共价修饰到Uio-66-NH₂ （U-F）上，进而和CN复合制得新型异质结构复合物(U-F@CN)光催化剂（图1）。

图1 U-F@CN光催化剂的制备示意图。

与CN相比，U-F@CN具有更好的可见光吸收能力和更窄的禁带宽度，因而在相同光照条件下U-F@CN更易产生光生电子-空穴对。同时，U-F@CN可原位在U-F和CN界面处生成异质结，为光生载流子的迁移提供空间，能够有效提高电荷分离效率（图2）。

所得的U-F@CN光催化剂具有良好的光催化活性，其在可见光照射下对BPA降解速率常数达0.06592 min^-1，分别是U-F和CN的3.5和4.5倍。这种高催化活性可能主要得益于U-F和CN的协同作用：U-F不仅能够提供额外的催化活性位点，还能在光照条件下活化PMS产生活性氧（ROS）；而CN则能提供丰富的光吸收位点，产生大量的光生载流子，通过计算，U-F@CN/PMS/Vis体系的协同指数为2.84。此外，U-F@CN/PMS/Vis体系在3-11的pH值范围和15-35℃的温度范围内，均能保持很好的光催化活性（图3）。

图2 U-F@CN光催化剂的光学性能。

图3 U-F@CN/PMS/Vis体系光催化降解BPA性能。

通过淬灭实验、电子顺磁共振和电化学技术对U-F@CN/PMS/Vis体系的催化机理进行了研究。结果表明，U-F@CN/PMS/Vis体系中主要的活性氧是h⁺和·O₂^-，这是由于体系界面的载流子迁移符合Z型机制（图4）。此外，还对催化剂的稳定性进行了分析（图5），在多次循环催化过程中均具有很好的稳定性。

图4 U-F@CN/PMS/Vis体系可能的反应机理。

图5 U-F@CN光催化剂的稳定性。

以上成果近期发表在Journal of Hazardous Materials上，论文题为“Ferrocene-modified Uio-66-NH₂ hybrids with g-C₃N₄ as enhanced photocatalysts for degradation of bisphenol A under visible light”。第一作者为浙江大学化学工程与生物工程学院2019级博士研究生黄志坤，通讯作者为浙江大学化学工程与生物工程学院俞豪杰副教授。

论文信息：Journal of Hazardous Materials, 2022, 436, 129052

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129052

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（责任编辑：xu）

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