MOF-808/Bi2MoO6复合材料的构筑及其光催化性能

张晓燕 陈飘 赵莹鑫 李雄建 杨水金 杨赟

引用本文: 张晓燕, 陈飘, 赵莹鑫, 李雄建, 杨水金, 杨赟. MOF-808/Bi2MoO6复合材料的构筑及其光催化性能[J]. 无机化学学报, 2023, 39(5): 805-814. doi: 10.11862/CJIC.2023.051 shu
Citation:  Xiao-Yan ZHANG, Piao CHEN, Ying-Xin ZHAO, Xiong-Jian LI, Shui-Jin YANG, Yun YANG. Construction and photocatalytic properties of MOF-808/Bi2MoO6 composites[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2023, 39(5): 805-814. doi: 10.11862/CJIC.2023.051 shu

MOF-808/Bi2MoO6复合材料的构筑及其光催化性能

    通讯作者: 杨水金, E-mail:yangshuijin@hbnu.edu.cn; 杨赟, E-mail:yangyunhub@163.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金资助项目 22072038

    湖北省教育厅重点科研项目 D20213102

    2022年湖北师范大学研究生创新科研项目 2022057

摘要: 采用简单的两步水热法制备出了锆基金属有机骨架和钼酸铋的复合材料MOF-808/Bi2MoO6。通过X射线粉末衍射、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、N2吸附-脱附测试和电化学测试对所制备材料的组成、微观结构、光学性质以及光生载流子的复合效率进行了分析。与纯Bi2MoO6和MOF-808相比,0.5%-MOF-808/Bi2MoO6复合材料展示出了较高的光催化活性,在可见光照射120 min时对抗生素环丙沙星(CIP)的降解率达89.7%。通过自由基捕获实验,证明了•O2-是主要活性物种,基于此我们提出了可能的光催化降解机理。

English

  • 随着现代社会的进步和发展,抗生素[1]逐步走入大众的视野,被广泛应用于医疗和畜牧行业,然而,抗生素和抗生素耐药基因(ARGs)广泛分布于地表水、污水处理厂排放污水、土壤和动物粪便中,对水体带来严重的污染,让有限的水资源面临更加危险的境地,所以开发有效去除抗生素的先进处理技术迫在眉睫[2-4]。半导体材料光催化技术[5]具有环保、低能耗、低成本等优点,被认为是解决水中抗生素污染的一种有效的候选方法,因而受到越来越多的关注。由于抗生素难以降解,相比于染料降解[6-10]也困难许多,所以抗生素的降解也成了水资源污染处理的难题,因此需要找出一种新型且有效的光催化剂。TiO2[11-12]作为传统的光催化剂,具有较大的带隙,对可见光的响应较低,应用受到很大的限制,因此研究者对带隙合适的钼酸铋(Bi2MoO6)开展了广泛的研究。

    Bi2MoO6[13-16]是Aurivillius家族的一员,是具有独特层状结构的三元氧化物,基本结构由交替排列的(Bi2O2)2+层和(MoO4)2-层组成。在铋基半导体中其介电性能、离子电导率和催化性能较为优异,具有一定的可见光吸收和合适的禁带宽度(2.5~2.8 eV),有利于光催化反应的进行。然而,Bi2MoO6的光生电子和空穴的复合率高[17],量子效率低,表现出了不好的催化活性,限制了其在光催化中的应用。因此研究人员一直致力于寻找提高Bi2MoO6性能的方法。形貌控制[18-20]、半导体复合[21-28]、掺杂改性[29-32]等方法可有效提高Bi2MoO6的性能,其中半导体复合使用较多。

    金属有机骨架(MOFs)[33-36]也被称为多孔配位聚合物,是一类相对较新的多孔晶体材料,具有高度多样化和量身定制的结构,近年来已在多方向应用。其较高的比表面积、良好的基片和产物运输能力以及有效的局部曝光等特点使其在光催化方面具有潜力。光生载流子经过较短的传输距离到达并扩散在多孔材料中的衬底上,使电子-空穴有效分离,活性增强。MOFs中的配体吸收光,光激发的电子通过配体注入到甲氧基簇中,通过簇电荷转移(LCCT)产生电荷分离态,表现出半导体的行为。目前已有相当多的MOFs用于光催化,包括水分解制氢、制氧、二氧化碳还原为碳氢染料和有机物转化。将金属团簇加入MOFs可以显著改善其孔隙度和稳定性。MOF-808[37-41]是以金属锆(Zr)为单元形成的多面体结构,具有良好的稳定性,因此与半导体Bi2MoO6复合可有效提升其光催化性能。

    选取Bi2MoO6光催化剂作为改性目标,采用水热法制备了MOF-808/Bi2MoO6复合材料,通过对环丙沙星(CIP)的降解来评估其光催化性能。实验结果显示,加入MOF-808之后,有效提高了降解CIP的效率,在光照120 min时降解率可达89.7%。多次循环测试证明复合材料具有较高的循环利用价值。

    3 mmol ZrCl4完全溶解在60 mL甲酸和DMF(1∶1,V/V)的混合物中,超声处理1 h,继续加入1 mmol H3BTC(均苯三甲酸),充分超声后,转移至100 mL反应釜中,120 ℃下加热24 h后,冷却收集产物。用DMF和甲醇反复洗涤产物,并将其在60 ℃真空干燥10 h。

    将2 mmol Bi(NO3)3·5H2O溶于5 mL HNO3(1 mol·L-1)中形成溶液A,将1 mmol Na2MoO4·2H2O溶于30 mL H2O中形成溶液B,将B转入A中,加入适量的MOF-808,搅拌30 min,转移至45 mL反应釜,在180 ℃烘箱中反应12 h。然后冷却至室温,用水和乙醇各洗3次,最后在60 ℃烘箱中干燥10 h即获得样品。将材料中MOF-808质量分数为0.1%、0.5%、1.0%的复合材料分别命名为0.1%-MOF-808/Bi2MoO6、0.5%-MOF-808/Bi2MoO6、1.0%-MOF-808/Bi2MoO6。Bi2MoO6的制备方法与复合材料一致,只是在相同条件下不加入MOF-808。

    为了探究光催化剂在可见光下的光催化降解活性,将50 mg光催化剂和CIP(50 mL,10 mg·L-1)加入到光反应器中,所用仪器为PCX50C Discover多通道光催化反应系统(北京泊菲莱),光源为可见光(λ > 395 nm)。实验步骤:在光反应器中磁力搅拌30 min,以达到催化剂与抗生素的吸附-脱附平衡,然后开灯进行光催化降解实验。每隔一定的时间,取出2 mL的溶液,高速离心后,取上层清液通过UV-3010可见分光光度计测定CIP在吸收波长272 nm处的吸光度。为了探究可能的光催化机理,通过自由基捕获实验证明光催化反应中的活性物种。在此工作中,采用10 mmol·L-1对苯醌(BQ)、草酸铵(AO)和叔丁醇(TBA)分别捕获·O2-、h+和·OH。

    通过X射线衍射仪(XRD,X′ Pert PRO MPD)分析样品的晶相结构和结晶度,Cu靶辐射,扫描范围5°~80°,λ=0.154 06 nm,工作电压40 kV,工作电流200 mA。通过Nicolet 5700型傅里叶转换红外光谱仪对材料的物相结构和官能团进行分析。采用捷克TESCAN MIRA LMS型扫描电子显微镜(SEM,工作电压为15 kV)和美国FEI Talos F200X型透射电子显微镜(TEM,工作电压为200 kV)表征材料的形貌和微观结构。利用X射线光电子能谱仪(XPS,Thermo Scientific K-Alpha)和能谱仪(EDS,Oxford x-max 80T)对催化剂所含元素及化合价进行研究。使用BSD-PS(M)型比表面分析仪测定材料的比表面积和孔径大小。用U-3900H紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)分析材料的光学性质。在CHI 760E型电化学工作站上进行电化学测试,记录材料的光电流和电化学阻抗。

    通过XRD对Bi2MoO6、MOF-808和不同比例复合材料的结晶度进行评估,如图 1所示,所有材料的XRD峰形尖锐且无杂质峰,可以证明样品的结晶度较好。纯Bi2MoO6在28.3°、32.6°、36.1°、46.7°、55.4°和55.8°处出现明显的特征峰,分别对应于正交晶型Bi2MoO6(PDF No.21-0102)[42]的(131)、(002)、(151)、(202)、(331)和(262)晶面。MOF-808在8.9°处有一个尖锐的特征峰,与文献[41]报道一致。随着复合材料中MOF-808含量的增加,可看到属于MOF-808的特征峰,由此可以推断成功合成了MOF-808/Bi2MoO6复合材料。

    图 1

    图 1.  MOF-808、Bi2MoO6和MOF-808/Bi2MoO6的XRD图
    Figure 1.  XRD patterns of MOF-808, Bi2MoO6, and MOF-808/Bi2MoO6

    此外,通过FT-IR分析样品的官能团。如图 2所示,样品在3 200~3 500 cm-1的宽频带,是OH拉伸振动引起的。MOF-808在1 637和1 379 cm-1处的特征峰归属于H3BTC中COO-的对称和不对称伸缩振动[43],在1 576和1 448 cm-1处的特征峰归属于苯环的C=C振动。657 cm-1处的特征峰归属于Zr—O键的伸缩振动,这表明MOF-808的结构良好[44]。Bi2MoO6和复合材料在450~950 cm-1之间的特征峰归属于Mo—O键的伸缩振动[45],可以推断MOF-808与Bi2MoO6的成功复合。

    图 2

    图 2.  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的FT-IR谱图
    Figure 2.  FT-IR spectra of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    通过SEM对纯物质和复合材料的结构、形貌和粒径进行表征,如图 3所示。从图 3a中可以看到所制备的MOF-808为形状规则的八面体双锥形,粒径为150~200 nm,颗粒表面光滑,分散性良好。图 3b为片状结构的Bi2MoO6,在大片上生长着很多不规则的小片,尺寸多为200 nm~1 μm。0.5%-MOF-808/Bi2MoO6(图 3c)为不规则的片状结构,尺寸为50~200 nm,相比于纯物质Bi2MoO6,0.5%-MOF-808/Bi2MoO6为更小的片状,这可能是MOF-808的加入导致Bi2MoO6的结晶度有一定程度的降低,由大片状变成了小片,但整体结构没有改变。同时由于MOF-808的引入,复合材料的活性位点增多,这有利于光催化性能的增强。图 3d为复合材料的EDS谱图及相应的元素映射图,由图可知,0.5%-MOF-808/Bi2MoO6由Zr、O、Bi、Mo四种元素组成。

    图 3

    图 3.  Bi2MoO6 (a)、MOF-808 (b)、0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (c)的SEM图; 对应元素的EDS能谱和元素映射图及元素含量(d)
    Figure 3.  SEM images of Bi2MoO6 (a), MOF-808 (b), and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (c); Corresponding EDS spectrum, element mappings, and element contents (d)

    通过TEM和高分辨率透射电镜(HRTEM)进一步证明样品的复合情况。由图 4a可以看出0.5%-MOF-808/Bi2MoO6为片状结构,与SEM对应。由图 4b可以看到清晰的晶格条纹,0.271 nm的晶格条纹间距对应Bi2MoO6的(002)晶面,结合图 3d中的元素映射图可以证明复合材料的成功合成。复合材料的构建有利于光生载流子的运输,增强光催化性能。

    图 4

    图 4.  0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的TEM图(a)以及HRTEM图(b)
    Figure 4.  TEM image (a) and HRTEM image (b) of 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    通过XPS研究了催化剂的表面化学成分和元素价态。如图 5a的XPS全谱图所示,Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6中均含有Mo、Bi、O元素,而在MOF-808的全谱图中可以观察到Zr元素,由于Bi2MoO6的Zr3d在相同位置有峰且峰较强,这可能是无法在复合材料中看出Zr3d峰的原因。从图 5b中可以看到Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6中Mo6+3d3/2和Mo6+3d5/2的结合能分别位于236.09和232.96 eV[46]。如图 5c所示,Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6中Bi4f7/2和Bi4f5/2结合能分别在159.68和164.97 eV[46],可以证明Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6中含有Bi3+图 5d为MOF-808和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6中Zr3d XPS谱图,从中可看到Zr3d5/2和Zr3d3/2的结合能分别为182.81和185.01 eV[43],由此可以证明复合材料中含有Zr3+

    图 5

    图 5.  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的XPS全谱图(a)及Mo3d (b)、Bi4f (c)和Zr3d (d)的高分辨XPS谱图
    Figure 5.  XPS full spectra of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (a) and high-resolution XPS spectra of Mo3d (b), Bi4f (c), and Zr3d (d)

    用UV-Vis DRS测试所制备样品的光吸收性能,如图 6a所示,在波长小于500 nm的范围内,Bi2MoO6在紫外和可见光区都有光吸收特性,MOF-808由于带隙较大,只能吸收紫外光。相比于MOF-808,0.5%-MOF-808/Bi2MoO6复合材料在可见光区吸收波段变宽,光吸收能力明显增强,表明MOF-808/Bi2MoO6复合材料具有可见光响应性能。根据能带公式αhν=A(-Eg)n可以计算半导体的禁带宽度,其中α是吸收系数,A为常数,Eg为禁带宽度,为光子能量,Bi2MoO6为直接半导体,对应n值为1,而MOF-808则为间接半导体,对应n值为4。由公式计算得到MOF-808和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的带隙分别为2.65和3.97 eV(图 6b),与文献[47]报道基本一致。同时我们分别测试了Bi2MoO6和MOF-808的VB(价带)-XPS谱图,以研究样品的能带结构,由图 6c6d可得到Bi2MoO6和MOF-808的VB能量分别为2.18、2.69 eV,计算可得导带(CB)能量分别为-0.47、-1.28 eV。

    图 6

    图 6.  (a) MOF-808、Bi2MoO6、0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的UV-Vis DRS; (b) Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的(αhν)2-曲线(插图: MOF-808的(αhν)2-曲线); (c) MOF-808和(d) Bi2MoO6的VB-XPS谱图
    Figure 6.  (a) UV-Vis DRS of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6; (b) (αhν)2- curves of Bi2MoO6 and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (Inset: (αhν)2- curves of MOF-808); VB-XPS spectra of (c) MOF-808 and (d) Bi2MoO6

    通过氮气吸附-脱附测试来研究催化剂的比表面积和孔径。从图 7a中可以看到MOF-808的等温线为Ⅰ型等温线,Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的等温线都属于Ⅳ型等温线,在毛细管凝聚后伴随H3型回滞环。当孔径到达一定宽度时开始发生回滞,形成H3型回滞环,孔道为狭缝状,形状和尺寸不均匀,说明Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6中存在介孔。从图 7b表 1中可以看到,Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的孔径大多分布在2~50 nm范围内,说明其具有介孔结构。由表 1可知,复合材料的比表面积为23 m2·g-1,相较于纯物质Bi2MoO6的比表面积16 m2·g-1有了一定的提高,这有利于增加活性位点,提高光催化反应性能。

    图 7

    图 7.  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的氮气吸附-脱附等温线(a)与孔径分布图(b)
    Figure 7.  Nitrogen adsorption-desorption isotherms (a) and pore size distribution curves (b) for MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    表 1

    表 1  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的比表面积、孔体积和孔径
    Table 1.  Specific surface areas, pore volumes, and pore sizes of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6
    下载: 导出CSV
    Sample Specific surface area / (m2·g-1) Pore volume / (cm3·g-1) Pore size / nm
    Bi2MoO6 16 0.04 10.63
    0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 23 0.24 42.67
    MOF-808 336 0.31 3.70

    为了探究样品的光催化性能,在可见光照射下降解CIP来评估其性能。如图 8a所示,探究了纯物质和不同比例的复合材料对CIP的降解情况,在可见光照射120 min时,纯MOF-808和Bi2MoO6的降解率分别为11.1%和45.2%,不同比例的复合材料降解效果有所不同,其中0.5%-MOF-808/Bi2MoO6复合材料降解效率最高,为89.7%,相比于纯物质有较大的提高。从图 8b可以看出,CIP的降解过程遵循拟一级动力学,0.5%-MOF-808/Bi2MoO6复合材料降解CIP的速率常数为0.022 73 min-1,明显高于纯物质及其它比例的复合材料。同时我们按照0.5%-MOF-808/Bi2MoO6复合材料的比例将MOF-808和Bi2MoO6机械混合,以同样的条件进行光催化降解实验,从图中可以看到机械混合的降解效果远低于0.5%-MOF-808/Bi2MoO6复合材料。

    图 8

    图 8.  样品的(a) 光催化降解图(误差棒表示重复运行的标准差)和(b) 对应的动力学曲线
    Figure 8.  (a) Photocatalytic degradation diagrams (Error bars indicate the standard deviation of repeated runs) and (b) the corresponding kinetic curves of the samples

    通过光电流可以分析催化剂的光电子迁移和分离效率,光电流强度越高,表明光生电子的分离效率越高。从图 9a中可以看出,在几个循环中,0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的光电流明显高于纯物质,说明复合之后光电子迁移和分离效率有了明显的增强。同时我们通过电化学阻抗研究光生载流子的分离过程,众所周知,Nyquist曲线的半径越小,界面电荷的转移速度越快,其载流子电荷与空穴分离越有效。从图 9b中可以看出复合材料的光生载流子转移能力更强,更有利于光催化性能的提升。

    图 9

    图 9.  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的光电流响应曲线(a)和Nyquist谱图(b)
    Figure 9.  Photocurrent response curves (a) and Nyquist spectra (b) of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    为了探究光催化降解过程的实验机理,采用自由基捕获实验研究光催化过程中可能存在的活性物质。在光催化过程中分别加入AO、BQ、TBA、AgNO3以去除h+、·O2-、·OH和光生电子。从图 10a中可以看到,TBA和AO的加入对光催化降解效果没有明显的影响,说明·OH和h+在光催化过程中的贡献很小。随着BQ和AgNO3的加入,光催化效果受到明显的抑制,说明·O2-和光生电子在光催化过程中发挥主要作用。由此可知,·O2-为主要活性物种。同时,5次循环实验之后(图 10b),降解率降低10%左右,证明材料具有较好的稳定性。

    图 10

    图 10.  0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的自由基捕获实验(误差棒表示重复运行的标准差) (a)和降解CIP的循环实验(b)
    Figure 10.  Radical trapping experiment of 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (Error bars indicate the standard deviation of repeated runs) (a) and cycling experiment of degrading CIP (b)

    基于以上分析,我们推测并提出了该体系可能的光催化机理,如图 11所示,Bi2MoO6的带隙为2.65 eV,而MOF-808的带隙较宽,为3.97 eV,因此,MOF-808难以在可见光下被激发。而MOF-808作为一个大比表面积的吸附材料,具有优异的吸附性能,可以吸附空气中的O2,使O2更多地参与光催化降解体系。Bi2MoO6的CB能量为-0.47 eV,可达到O2的还原电位。在可见光的照射下,Bi2MoO6 VB上的电子被激发到CB上,空穴留在VB上,从而实现了电子和空穴的分离。同时CB上的电子与MOF-808所吸附的O2反应产生·O2-,参与抗生素降解过程,与此同时也减少了电子和空穴的复合,从而高效地去除污染物。具体的反应概括如下:

    $ \begin{aligned} & \mathrm{Bi}_2 \mathrm{MoO}_6+h \nu \rightarrow \mathrm{Bi}_2 \mathrm{MoO}_6\left(\mathrm{e}^{-}+\mathrm{h}^{+}\right) \\ & \mathrm{Bi}_2 \mathrm{MoO}_6\left(\mathrm{e}^{-}\right)+\mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{Bi}_2 \mathrm{MoO}_6+\cdot \mathrm{O}_2^{-} \\ & \cdot \mathrm{O}_2^{-}+\text {pollutants } \rightarrow \mathrm{CO}_2+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \end{aligned} $

    图 11

    图 11.  光催化降解机理图
    Figure 11.  Photocatalytic degradation mechanism diagram

    采用两步水热法制备出MOF-808/Bi2MoO6复合光催化剂,通过降解CIP来研究其光催化性能。与纯半导体材料相比,复合光催化剂的光催化降解率有了明显的提高,这是由于MOF-808的吸附作用将O2吸附到体系中,促进电子和O2反应生成活性物种·O2-,从而抑制了Bi2MoO6的电子和空穴的复合,针对性地解决了Bi2MoO6半导体电子和空穴易复合的问题,促进了MOF和半导体复合降解污染物的发展。


    1. [1]

      Matt H, Andrew T, Barrie W. Antibiotics: Past, present and future[J]. Curr. Opin. Microbiol., 2019, 51:  72-80. doi: 10.1016/j.mib.2019.10.008

    2. [2]

      Julie A P, Erin L W, Gerard D W. The antibiotic resistome: What's new?[J]. Curr. Opin. Microbiol., 2014, 21:  45-50. doi: 10.1016/j.mib.2014.09.002

    3. [3]

      Qiao M, Ying G G, Andrew C S, Zhu Y G. Review of antibiotic resistance in China and its environment[J]. Environ. Int., 2018, 110:  160-172. doi: 10.1016/j.envint.2017.10.016

    4. [4]

      Gothwal R, Shashidhar T. Antibiotic pollution in the environment: A review[J]. Clean-Soil Air Water, 2015, 43(4):  479-489. doi: 10.1002/clen.201300989

    5. [5]

      Pang X, Skillen N, Gunaratne N, Rooney D W, Robertson P K J. Removal of phthalates from aqueous solution by semiconductor photocatalysis: A review[J]. J. Hazard. Mater., 2021, 402(15):  123461.

    6. [6]

      Mahmoodi M N. Binary catalyst system dye degradation using photocatalysis[J]. Fiber. Polym., 2014, 15(2):  273-280. doi: 10.1007/s12221-014-0273-1

    7. [7]

      Anwer H, Mahmood A, Lee J, Kim K H, Park J W, Yip A C K. Photocatalysts for degradation of dyes in industrial effluents: Opportunities and challenges[J]. Nano Res., 2019, 12(5):  955-972. doi: 10.1007/s12274-019-2287-0

    8. [8]

      Cheng L L, Huang D Y, Zhang Y, Wu Y. Preparation and piezoelectric catalytic performance of HT-Bi2MoO6 microspheres for dye degradation[J]. Adv. Powder Technol., 2021, 32(9):  3346-3354. doi: 10.1016/j.apt.2021.07.021

    9. [9]

      Chankhanittha T, Nanan S. Visible-light-driven photocatalytic degradation of ofloxacin (OFL) antibiotic and rhodamine B (RhB) dye by solvothermally grown ZnO/Bi2MoO6 heterojunction[J]. J. Colloid Interface. Sci., 2021, 582:  412-427. doi: 10.1016/j.jcis.2020.08.061

    10. [10]

      Wang Y P, Yang H, Sun X F, Zhang H M, Xian T. Preparation and photocatalytic application of ternary n-BaTiO3/Ag/p-AgBr heterostructured photocatalysts for dye degradation[J]. Mater. Res. Bull., 2020, 124:  110754. doi: 10.1016/j.materresbull.2019.110754

    11. [11]

      Fernandes A, Makoś P, Wang Z, Boczkaj G. Synergistic effect of TiO2 photocatalytic advanced oxidation processes in the treatment of refinery effluents[J]. Chem. Eng. J., 2020, 391:  123488. doi: 10.1016/j.cej.2019.123488

    12. [12]

      Guo Q, Zhou C Y, Ma Z B, Yang X M. Fundamentals of TiO2 photocatalysis: Concepts, mechanisms, and challenges[J]. Adv. Mater., 2019, 31(50):  1901997. doi: 10.1002/adma.201901997

    13. [13]

      Wu X, Ng Y H, Saputera W H, Wen X, Du Y, Dou S X, Amal R, Scott J. The Dependence of Bi2MoO6 photocatalytic water oxidation capability on crystal facet engineering[J]. ChemPhotoChem, 2019, 3(12):  1246-1253. doi: 10.1002/cptc.201900113

    14. [14]

      Yu H B, Jiang L B, Wang H, Huang B B, Yuan X Z, Huang J H, Zhang J, Zeng G G. Modulation of Bi2MoO6-based materials for photocatalytic water splitting and environmental application: A critical review[J]. Small, 2019, 15(23):  1901008.

    15. [15]

      Yang X L, Xu X, Wang J, Chen T, Wang S Y, Ding X, Chen H. Insights into the surface/interface modifications of Bi2MoO6: Feasible strategies and photocatalytic applications[J]. Sol. RRL, 2020, 5(2):  2000442.

    16. [16]

      Stelo F, Kublik N, Ullah S, Wender H. Recent advances in Bi2MoO6 based Z-scheme heterojunctions for photocatalytic degradation of pollutants[J]. J. Alloy. Compd., 2020, 829:  154591. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.154591

    17. [17]

      邹晨涛, 张志, 廖文静, 杨水金. 铁电极化对层状Bi2MoO6光催化性能的增强[J]. 无机化学学报, 2020,36,(9): 1717-1727. ZOU C T, ZHANG Z, LIAO W J, YANG S J. Enhancement of photocatalytic performance of layered Bi2MoO6 by ferroelectric polarization[J]. Chinese J. Inorg. Chem., 2020, 36(9):  1717-1727.

    18. [18]

      Bazargani-Gilani B, Aliakbarlu J, Tajik H. Effect of pomegranate juice dipping and chitosan coating enriched with Zataria multiflora Boiss essential oil on the shelf-life of chicken meat during refrigerated storage[J]. Innovative Food Sci. Emerg. Technol., 2015, 29:  280-287. doi: 10.1016/j.ifset.2015.04.007

    19. [19]

      Javid A, Kumar M, Ashraf M, Lee J H, Han J G. Photocatalytic antibacterial study of N-doped TiO2 thin films synthesized by ICP assisted plasma sputtering method[J]. Physica E, 2019, 106:  187-193. doi: 10.1016/j.physe.2018.10.034

    20. [20]

      Kaur H, Kumar S, Verma N K, Singh P. Role of pH on the photocatalytic activity of TiO2 tailored by W/T mole ratio[J]. J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2018, 29(18):  16120-16135. doi: 10.1007/s10854-018-9701-0

    21. [21]

      Chen X F, Hu H Q, Feng Y, Peng D Y, Li B, Fu H, Guo B J, Lei X, Yu K. MoS2 compounded bidirectionally with TiO2 for hydrogen evolution reaction with enhanced humidity sensing performance[J]. Mater. Sci. Semicond. Process, 2018, 82:  75-81. doi: 10.1016/j.mssp.2018.03.034

    22. [22]

      Bi X J, Yu S R, Liu E Y, Liu L, Zhang K, Zang J, Zhao Y. Construction of g-C3N4/TiO2 nanotube arrays Z-scheme heterojunction to improve visible light catalytic activity[J]. Colloids Surf. A, 2020, 603:  125193. doi: 10.1016/j.colsurfa.2020.125193

    23. [23]

      Zhu M, Zhang L S, Liu S S, Wang D K, Qin Y C, Chen Y, Dai W L, Wang Y H, X Q J, Zou J P. Degradation of 4-nitrophenol by electrocatalysis and advanced oxidation processes using Co3O4@C anode coupled with simultaneous CO2 reduction via SnO2/CC cathode[J]. Chin. Chem. Lett., 2020, 31(7):  1961-1965. doi: 10.1016/j.cclet.2020.01.017

    24. [24]

      Guo X, Duan J, Li C, Zhang Z, Wang W. Fabrication of highly stabilized Zr doped g-C3N4/Nb2O5 heterojunction and its enhanced photocatalytic performance for pollutants degradation under visible light irradiation[J]. Colloids Surf. A, 2022, 649:  129474. doi: 10.1016/j.colsurfa.2022.129474

    25. [25]

      Yin W Q, Cao X J, Wang B, Jiang Q J, Chen Z G, Xia J X. In-situ synthesis of MoS2/BiOBr material via mechanical ball milling for boosted photocatalytic degradation pollutants performance[J]. ChemistrySelect, 2021, 6(5):  928-936. doi: 10.1002/slct.202004316

    26. [26]

      Zou J P, Wu D D, Luo J M, Xing Q J, Luo X B, Dong W H, Luo S L, Du H M, Suib S. A strategy for one-pot conversion of organic pollutants into useful hydrocarbons through coupling photodegradation of MB with photoreduction of CO2[J]. ACS Catal., 2016, 6:  6861-6867. doi: 10.1021/acscatal.6b01729

    27. [27]

      Zhang L S, Jiang X H, Zhong Z A, Tian L, Sun Q, Cui Y T, Lu X, Zou J P, Luo S L. Carbon nitride supported high-loading Fe single- atom catalyst for activation of peroxymonosulfate to generate 1O2 with 100% selectivity[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60(40):  21751-21755. doi: 10.1002/anie.202109488

    28. [28]

      Wang S B, Meng C Z, Bai Y X, Wang Y D, Liu P J, Pan L, Zhang L, Yin Z, Tang N. Synergy promotion of elemental doping and oxygen vacancies in Fe2O3 nanorods for photoelectrochemical water splitting[J]. ACS Appl. Nano Mater., 2022, 5(5):  6781-6791. doi: 10.1021/acsanm.2c00777

    29. [29]

      Shao W, Wang H, Zhang X D. Elemental doping for optimizing photocatalysis in semiconductors[J]. Dalton Trans., 2018, 47(36):  12642-12646. doi: 10.1039/C8DT02613K

    30. [30]

      Yap P L, Kabiri S, Auyoong Y L, Tran D N H, Losic D. Tuning the multifunctional surface chemistry of reduced graphene oxide via combined elemental doping and chemical modifications[J]. ACS Omega, 2019, 4(22):  19787-19798. doi: 10.1021/acsomega.9b02642

    31. [31]

      Jiang X H, Zhang L S, Liu H Y, Wu D S, Wu F Y, Tian L, Liu L L, Zou J P, Luo S L, Chen B B. Silver single atom in carbon nitride catalyst for highly efficient photocatalytic hydrogen evolution[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 132(51):  23112-23116.

    32. [32]

      Kawai E, Matsudaira T, Ogawa T, Kawashima N, Fisher C A J, Yokoe D, Kato T, Kitaoka S. Controlling the nanostructure and thermal properties of double-perovskite rare-earth tantalates by elemental doping[J]. Scr. Mater., 2022, 210:  114408. doi: 10.1016/j.scriptamat.2021.114408

    33. [33]

      Khosroshahi N, Goudarzi M D, Safarifard V. Fabrication of a novel heteroepitaxial structure from an MOF-on-MOF architecture as a photocatalyst for highly efficient Cr(Ⅵ) reduction[J]. New J. Chem., 2022, 46:  3106-3115. doi: 10.1039/D1NJ05440F

    34. [34]

      Cai H, Zhou J, Kitagawa S. Metal-organic frameworks (MOFs)[J]. Chem. Soc. Rev., 2014, 43:  5415-5418. doi: 10.1039/C4CS90059F

    35. [35]

      Furukawa H, Cordova K E, O'Keeffe M, Yaghi O M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks[J]. Science, 2013, 341(6149):  1230444. doi: 10.1126/science.1230444

    36. [36]

      何云鹏, 金雪阳, 李文卓, 杨水金, 吕宝兰. Bi2WO6/UiO-66复合材料的制备及其光催化性能[J]. 无机化学学报, 2019,35,(6): 996-1004. HE Y P, JIN X Y, LI W Z, YANG S J, LÜ B L. Synthesis and photo-catalytic properties of Bi2WO6/UiO-66 composite[J]. Chinese J. Inorg. Chem., 2019, 35(6):  996-1004.

    37. [37]

      Liu H, Xu C Y, Li D D, Jiang H L. Photocatalytic hydrogen production coupled with selective benzylamine oxidation over MOF composites[J]. Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57(19):  5477-5481. doi: 10.1002/anie.201800144

    38. [38]

      Li Z Q, Yang J C, Sui K W, Yin N. Facile synthesis of metal-organic framework MOF-808 for arsenic removal[J]. Mater. Lett., 2015, 160:  412-414. doi: 10.1016/j.matlet.2015.08.004

    39. [39]

      Ly H G T, Fu G X, Kondinski A, Bueken B, Vos D D, Parac-Vogt T N. Superactivity of MOF-808 toward peptide bond hydrolysis[J]. J. Am. Chem. Soc., 2018, 140(20):  6325-6335. doi: 10.1021/jacs.8b01902

    40. [40]

      Luo H B, Ren Q, Wang P, Zhang J, Wang L F, Ren X M. High proton conductivity achieved by encapsulation of imidazole molecules into proton-conducting MOF-808[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(9):  9164-9171. doi: 10.1021/acsami.9b01075

    41. [41]

      Karmakar S, Barman S, Rahimi F A, Maji T K. Covalent grafting of molecular photosensitizer and catalyst on MOF-808: Effect of pore confinement toward visible light-driven CO2 reduction in water[J]. Energy Environ. Sci., 2021, 14(4):  2429-2440. doi: 10.1039/D0EE03643A

    42. [42]

      Zhang Z J, Chen X Y. Sb2MoO6, Bi2MoO6, Sb2WO6, and Bi2WO6 flake-like crystals: Generalized hydrothermal synthesis and the applications of Bi2WO6 and Bi2WO6 as red phosphors doped with Eu3+ ions[J]. Mater. Sci. Eng. B-Adv. Funct. Solid-State Mater., 2016, 209:  10-16. doi: 10.1016/j.mseb.2015.12.003

    43. [43]

      Wang F W, Xue R X, Ma Y J, Ge Y Z, Wang Z J, Qiao X W, Zhou P A. Study on the performance of a MOF-808-based photocatalyst prepared by a microwave-assisted method for the degradation of antibiotics[J]. RSC Adv., 2021, 11:  32955-32964. doi: 10.1039/D1RA05058C

    44. [44]

      Xu J, Liu J, Li Z, Wang X B, Wang Z. Synthesis, structure and properties of Pd@MOF-808[J]. J. Mater. Sci., 2019, 54(19):  12911-12924. doi: 10.1007/s10853-019-03786-0

    45. [45]

      张志, 邹晨涛, 杨志远, 杨水金. 一步法制备Bi2MoO6/CoMoO4绣花球结构及其光催化性能[J]. 无机化学学报, 2020,36,(8): 1446-1456. ZHANG Z, ZOU C T, YANG Z Y, YANG S J. One-step preparation and photocatalytic activity of Bi2MoO6/CoMoO4 embroidery ball structure[J]. Chinese J. Inorg. Chem., 2020, 36(8):  1446-1456.

    46. [46]

      Zhao Z W, Zhang W D, Sun Y J, Yu J Y, Zhang Y X, Wang H, Dong F, Wu Z B. Bi cocatalyst/Bi2MoO6 microspheres nanohybrid with SPR-promoted visible-light photocatalysis[J]. J. Phys. Chem. C, 2022, 120(22):  11889-11898.

    47. [47]

      Ge W, Liu K, Yang P Z, Deng S K, Shen L X. Synthesis and upconversion luminescent properties of Bi2MoO6∶20%Yb3+, 2%Er3+ hollow microsphere with different W6+ ions doping[J]. J. Solid State Chem., 2021, 297:  122064. doi: 10.1016/j.jssc.2021.122064

  • 图 1  MOF-808、Bi2MoO6和MOF-808/Bi2MoO6的XRD图

    Figure 1  XRD patterns of MOF-808, Bi2MoO6, and MOF-808/Bi2MoO6

    图 2  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的FT-IR谱图

    Figure 2  FT-IR spectra of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    图 3  Bi2MoO6 (a)、MOF-808 (b)、0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (c)的SEM图; 对应元素的EDS能谱和元素映射图及元素含量(d)

    Figure 3  SEM images of Bi2MoO6 (a), MOF-808 (b), and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (c); Corresponding EDS spectrum, element mappings, and element contents (d)

    图 4  0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的TEM图(a)以及HRTEM图(b)

    Figure 4  TEM image (a) and HRTEM image (b) of 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    图 5  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的XPS全谱图(a)及Mo3d (b)、Bi4f (c)和Zr3d (d)的高分辨XPS谱图

    Figure 5  XPS full spectra of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (a) and high-resolution XPS spectra of Mo3d (b), Bi4f (c), and Zr3d (d)

    图 6  (a) MOF-808、Bi2MoO6、0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的UV-Vis DRS; (b) Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的(αhν)2-曲线(插图: MOF-808的(αhν)2-曲线); (c) MOF-808和(d) Bi2MoO6的VB-XPS谱图

    Figure 6  (a) UV-Vis DRS of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6; (b) (αhν)2- curves of Bi2MoO6 and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (Inset: (αhν)2- curves of MOF-808); VB-XPS spectra of (c) MOF-808 and (d) Bi2MoO6

    图 7  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的氮气吸附-脱附等温线(a)与孔径分布图(b)

    Figure 7  Nitrogen adsorption-desorption isotherms (a) and pore size distribution curves (b) for MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    图 8  样品的(a) 光催化降解图(误差棒表示重复运行的标准差)和(b) 对应的动力学曲线

    Figure 8  (a) Photocatalytic degradation diagrams (Error bars indicate the standard deviation of repeated runs) and (b) the corresponding kinetic curves of the samples

    图 9  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的光电流响应曲线(a)和Nyquist谱图(b)

    Figure 9  Photocurrent response curves (a) and Nyquist spectra (b) of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    图 10  0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的自由基捕获实验(误差棒表示重复运行的标准差) (a)和降解CIP的循环实验(b)

    Figure 10  Radical trapping experiment of 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 (Error bars indicate the standard deviation of repeated runs) (a) and cycling experiment of degrading CIP (b)

    图 11  光催化降解机理图

    Figure 11  Photocatalytic degradation mechanism diagram

    表 1  MOF-808、Bi2MoO6和0.5%-MOF-808/Bi2MoO6的比表面积、孔体积和孔径

    Table 1.  Specific surface areas, pore volumes, and pore sizes of MOF-808, Bi2MoO6, and 0.5%-MOF-808/Bi2MoO6

    Sample Specific surface area / (m2·g-1) Pore volume / (cm3·g-1) Pore size / nm
    Bi2MoO6 16 0.04 10.63
    0.5%-MOF-808/Bi2MoO6 23 0.24 42.67
    MOF-808 336 0.31 3.70
    下载: 导出CSV
  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  12
  • 文章访问数:  833
  • HTML全文浏览量:  127
文章相关
  • 发布日期:  2023-05-10
  • 收稿日期:  2022-09-26
  • 修回日期:  2023-03-23
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章