In_%282%29S_%283%29_UiO-67异质结的构筑及可见光催化清除Cr%28Ⅵ%29和RhB.pdf

西 安 工 程 大 学 学 报J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y 第3 7卷第4期(总1 8 2期)2 0 2 3年8月V o l.3 7,N o.4(S u m.N o.1 8 2)引文格式:袁童乐,李庆,蔡信彬,等.I n2S3/U i O-6 7异质结的构筑及可见光催化清除C r()和R h BJ.西安工程大学学报,2 0 2 3,3 7(4):6 4-7 3.YUAN T o n g l e,L I Q i n g,C A I X i n b i n,e t a l.C o n s t r u c t i o n o f I n2S3/U i O-6 7 h e t e r o j u n c t i o n f o r p h o t o c a t a l y t i c r e-m o v a l o f C r()a n d R h B J.J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,2 0 2 3,3 7(4):6 4-7 3.收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 5 修回日期:2 0 2 3-0 6-2 1 基金项 目:国 家自 然科 学基 金(2 2 0 7 8 2 5 3);陕 西省 重点 研 发计 划项 目(2 0 2 2 G Y-3 4 8);陕 西 化 生 基 础 科 学 研 究 项 目(2 2 J HQ 0 2 1);国家级大学生创新训练计划项目(2 0 2 2 1 0 7 0 9 0 1 5)第一作者:袁童乐(2 0 0 2),女,硕士研究生。通信作者:李庆(1 9 8 3),男,副教授,博士,研究方向为功能性MO F s复合材料制备及印染废水处理。E-m a i l:l i q i n g x p u.e d u.c nI n2S3/U i O-6 7异质结的构筑及可见光催化清除C r()和R h B袁童乐1,李 庆1,蔡信彬1,程 刚2,林可怡1,顾小祺1(1.西安工程大学 环境与化学工程学院,陕西 西安 7 1 0 0 4 8;2.陕西天安环保科技有限公司,陕西 西安 7 1 0 0 4 3)摘要 针对MO F s可见光响应性差及难以同步驱动光催化还原和氧化反应的问题,采用水热方法将原位生成的I n2S3物种沉积到U i O-6 7(Z r-MO F)表面,制备了I n2S3/U i O-6 7复合材料(I M-1、I M-3和I M-5),并通过P X R D、F T-I R和X P S表征确认了异质结的形成。5 0 0 W氙灯照射下,性能最突出的I M-3在6 0 m i n内对C r()的还原效率高达9 2.4%,还原速率分别是纯I n2S3和Z r-MO F的2.3和2 0倍;在1 8 0 m i n内对R h B的降解效率为7 8%,降解速率是纯I n2S3和Z r-MO F的1.7 5和2.3倍。此外,通过X P S表征阐明了光生载流子迁移方向,并结合自由基捕获实验揭示了光催化反应机制。关键词 异质结;活性染料;C r();光催化还原和降解开放科学(资源服务)标识码(O S I D)中图分类号:T S 1 9 0.2 文献标志码:AD O I:1 0.1 3 3 3 8/j.i s s n.1 6 7 4-6 4 9 x.2 0 2 3.0 4.0 0 9C o n s t r u c t i o n o f I n2S3/U i O-6 7 h e t e r o j u n c t i o n f o r p h o t o c a t a l y t i c r e m o v a l o f C r()a n d R h B Y U AN T o n g l e1,L I Q i n g1,C A I X i n b i n1,CHENG G a n g2,L I N K e y i1,G U X i a o q i1(1.S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a l a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,X ia n 7 1 0 0 4 8,C h i n a;2.S h a a n x i T i A n n E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n T e c h n o l o g y C o.,L t d.,X ia n 7 1 0 0 4 3,C h i n a)A b s t r a c t R e g a r d i n g t h e p o o r v i s i b l e l i g h t r e s p o n s e a n d t h e d i f f i c u l t y i n s y n c h r o n o u s l y d r i v i n g p h o t o c a t-a l y t i c r e d u c t i o n a n d o x i d a t i o n r e a c t i o n s o f MO F s,I n2S3/U i O-6 7 c o m p o s i t e s(I M-1,I M-3,a n d I M-5)w e r e p r e p a r e d b y d e p o s i t i o n o f i n s i t u g e n e r a t e d I n2S3 s p e c i e s o n t h e s u r f a c e o f U i O-6 7(Z r-MO F),a n d t h e f o r m a t i o n o f h e t e r o s t r u c t u r e w a s c o n f i r m e d b y P X R D,F T-I R a n d X P S c h a r a c t e r i z a t i o n.U n d e r t h e i r r a d i a t i o n o f 5 0 0 W x e n o n l a m p,t h e r e d u c t i o n e f f i c i e n c y o f I M-3 f o r C r()r e a c h e d 9 2.4%w i t h i n 6 0 m i n,p r o v i d i n g t h e r e d u c t i o n r a t e o f 2.3 a n d 2 0 t i m e s t h a t o f p u r e I n2S3 a n d Z r-MO F,r e s p e c t i v e l y.T h e d e g r a d a t i o n e f f i c i e n c y f o r R h B w a s 7 8%w i t h i n 1 8 0 m i n,w i t h t h e d e g r a d a t i o n r a t e o f 1.7 5 a n d 2.3 t i m e s o f t h a t o f p u r e I n2S3 a n d Z r-MO F.M o r e o v e r,t h e m i g r a t i o n d i r e c t i o n o f p h o t o g e n e r a t e d c a r r i e r s w e r e e l u c i d a t e d b y X P S,a n d t h e p h o t o c a t a l y t i c r e a c t i o n m e c h a n i s m w a s f u r t h e r r e v e a l e d i n c o m b i n a t i o n w i t h f r e e r a d i c a l t r a p p i n g e x p e r i m e n t s.K e y w o r d s h e t e r o j u n c t i o n;r e a c t i v e d y e s;C r();p h o t o c a t a l y t i c r e d u c t i o n a n d d e g r a d a t i o n0 引 言 含染料和六价铬C r()离子印染废水排放导致的水污染已成为最严重的环境问题之一。染料是一种高芳香性共轭的有机化合物,常用于面料或其他材质的染色,在工业生产中应用广泛1-2。C r()作为媒染促进剂的重要组分,在酸性媒介染料染色羊毛时被频繁使用3-4。多芳环染料和重金属离子C r()均具有生物毒性和致癌性,给人类健康带来严重威胁5-6。目前,人们已探索使用各种技术和方法来去除或转化废水中的有机染料和C r()。其中,染料的光催化降解和C r()的光催化还原是有效和最有前景的手段之一7-8。然而,受能带结构及禁带宽度的限制,大多数单一的光催化剂要么只具有单一的氧化或还原能力,要么只能对紫外光响应9-1 1。兼备双功能光化学还原和氧化活性,并可有效利用可见光的新型光催化剂的研制,是解决染料和C r()污染问题的优先研究方向和关键难点1 2-1 4。研究发现,光响应能力的金属-有机框架(MO F s)材料与能带结构匹配的金属硫化物形成异质结时,可以克服单一半导体材料的固有缺陷,如MO F s因普遍能带间隙过宽而只吸收紫外光,金属硫化物可见光响应性强但易被光腐蚀产生二次污染、光生电子-空穴易复合且载流子转移速率慢等,实现在低能量可见光驱动下的光催化氧化/还原能力1 5-1 7。鉴于对催化剂水稳定性的实际需求,基于P e a r-s o n软-硬 酸 碱 理 论,选 择 高 价 态 的Z r4+离 子 与2,2 -联吡啶-5,5 -二羧酸反应,合成了具有f c u拓扑结构的U i O-6 7,并通过功能后修饰,将原位生成的I n2S3沉积到U i O-6 7表面,构建了可见光响应的I n2S3/U i O-6 7异质结,实现了可见光催化还原C r()和降解R h B。1 实 验1.1 材料与仪器1.1.1 实验材料芳香 族 双 齿 配 体2,2 -联 吡 啶-5,5 -二 甲 酸(H2L,分析纯,吉林中科研伸科技有限公司);金属盐氯化锆(Z r C l4)、聚偏二氟乙烯(P V D F)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、重铬酸钾(K2C r2O7),均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;罗丹明B(R h B,分析纯,福晨(天津)化学试剂有限公司);五水合硝酸铟(I n(NO3)35 H2O,分析纯,成都艾科达化学试剂有限公司);甲酸(A C,9 9%,阿拉丁试剂有限公司);L-半胱氨酸(分析纯,上海麦克林生化科技有限公司);有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF,分析纯,广东光华科技股份有限公司)。1.1.2 实验仪器X射线粉末衍射仪(M i n i F l e x 6 0 0,日本理学公司);傅里叶变换 红外光谱仪(N i c o l e t 5 7 0 0,美国T h e r m o F i s h e r公司);紫外可见分光光度计(S h i-m a d z u UV 2 4 5 0,日本岛津公司);X射线光电子能谱(T h e r m o E s c a l a b 2 5 0 X i,美国T h e r m o F i s h e r公司);扫描电子显微镜(F l e x S EM 1 0 0 0,日本日立高新技术