核壳结构NH_(2)-UiO-66@TiO_(2)的制备及其可见光下的甲苯降解性能研究

金属有机骨架(MOFs)在可见光光催化方面具有重要的应用价值,但其通常受制于稳定性不佳和光生电荷复合率高的缺点。与无机半导体复合是提高MOFs活性的有效途径之一。本文以水热法制备NH_(2)-UiO-66,在其表面包裹非晶态的TiO_(2)层,制备出一种核壳结构的MOF@TiO_(2)催化剂(NH_(2)-UiO-66@TiO_(2)),并考察了其在可见光下对甲苯的降解性能。实验结果表明其性能优于NH_(2)-UiO-66及直接固混法制备的样品。在可见光照射下,其3 h内的甲苯降解效率可达76.7%,是NH_(2)-UiO-66的1.48倍。四次重复使用实验证明其光催化性能稳定,仅有轻微失活,且经乙醇洗涤后可恢复活性。采用X射线衍射(XRD)等表征手段考察了其物理化学特性,并根据表征结果和光催化活性数据探究了NH_(2)-UiO-66@TiO_(2)光催化性能的提升机理。结果表明,NH_(2)-UiO-66@TiO_(2)一方面得益于NH_(2)-UiO-66的可见光激发特性和超大的比表面积(914.9 m^(2)·g^(−1)),可以拓宽光吸收范围,有效吸附和活化污染物;另一方面在于包覆的TiO_(2)与NH_(2)-UiO-66形成了异质结,可以有效拓宽光吸收范围,提高光生电子空穴对的利用率。电子和空穴对一经形成即可通过界面转移。空穴会在NH_(2)-UiO-66的HOMO与H_(2)O结合形成羟基自由基(·OH)。同时,电子在TiO_(2)的导电与氧分子结合生成超氧自由基(·O_(2)^(−))。两种自由基数量的增加致使甲苯有效氧化。本研究可为核壳结构的MOF@光催化剂设计和室内空气的光催化净化提供参考。