溶剂热法合成用于高效光催化燃油脱氮的TiO2@MIL-101（Cr）复合材料（英文）

溶剂热合成技术是一种有效合成复合材料的技术。在本研究中，通过溶剂热法制备了不同比例复合的TiO₂@MIL-101（Cr）复合材料。并利用这些材料进行可见光光催化燃油脱氮（吡啶）。对所得催化剂采用XRD、FT-IR、SEM、TEM、BET和DRS进行表征。通过活性实验结果可以得到，20%TiO₂@MIL-101（Cr）具有良好的催化活性，在可见光光照4 h后，对吡啶的脱除率高达70%。最后，通过对HPLC-MS数据分析，得到一个光催化燃油脱氮的可能机理。     

经由MOFs煅烧制得多孔Fe2O3表面修饰十二烷基磺酸钠:一种高活性且易回收的燃油脱氮光催化剂（英文）

化石燃料燃烧的排放物是目前最严重的环境污染源,其中含氮有机物燃烧产生的NOx等是污染大气和形成雾霾的主要污染物.伴随石油存量的不断减少、重质石油的更多利用以及机动车的大规模增加,由此引起的污染问题日趋严重,因此发展高效的燃油脱氮技术对保护环境意义重大.光催化氧化是近几十年发展起来的新型高级氧化还原技术,由于其可以利用太阳光且在室温下进行,成本低易于进行,是一类理想的燃油脱氮技术.在众多光催化材料中,α-Fe2O3无毒、廉价且具有合适的带隙(2.3 eV),是目前公认较好的光催化材料.然而,在光催化过程中α-Fe2O3较快的电子-空穴复合速度以及过低的比表面积极大降低了其效率.通常,选择性地设计高比表面的多孔半导体金属氧化物被认为是一种简单且实效的提高光催化反应效率的方法.近年来,以金属有机框架结构(MOFs)为硬模板制备多孔金属氧化物的方法逐渐获得了科学家们的关注,这主要得益于热稳定性差的MOFs本身可以通过调控金属离子以及配体种类从而实现原位均匀的调节和修饰半导体金属氧化物,而且可以作为获得多孔性材料的基底.本文通过水热法合成了一种典型的MOFs即MIL-100(Fe).利用MIL-100(Fe)材料自身多孔性及热不稳定性,采用自模板法煅烧制备成多孔Fe2O3.制得的多孔Fe2O3亲油性较差,进行模拟燃油脱氮光催化反应时相互之间容易聚集成团,无法均匀分散于燃油体系中,导致光催化脱氮效率较低.因此,若能对所得多孔Fe2O3进行表面修饰使其亲油性增强并可均匀分散于于燃油体系中,无疑将促进底物的吸附,从而提高光催化燃油脱氮效果.Fe2O3表面带有正电荷,因此我们巧妙地选用一种阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)作为修饰剂,采用简单的静电自组装方法制备了SDS/Fe2O3光催化剂.选用吡啶脱氮作为探针反应,考察了SDS/Fe2O3复合光催化剂的可见光光催化性能.结果表明,与未使用修饰剂的Fe2O3相比,SDS/Fe2O3中长链烷基的存在使其表面亲油性增强,能够在模拟燃油溶液中更加均匀地分散进而提高了脱氮效率.其中煅烧温度为450 C且修饰0.25%SDS的样品活性最佳,可见光(λ≥420 nm)照射240 min后吡啶的脱氮率接近100%.     

MOFs光催化材料的设计和调控

环境污染和能源短缺是制约当今社会发展的重大问题。光催化技术可直接利用太阳能驱动一系列重要的化学反应,具有能耗低、反应条件温和、无二次污染等优点,是解决这一问题的有效途径。实现这个过程的关键在于寻找设计高效的光催化剂。目前,光催化材料主要由无机半导体组成,其结构的改造和修饰难度很大,难以根据实际需要来控制其大小、形状以及物理化学特性。而有机化合物具有优良的分子剪裁与修饰的功能,但它们却在坚固性与稳定性等方面具有明显的缺点。因此如果能发展既具有无机化合物的稳定性又具有有机化合物的可剪裁与修饰性的新型光催化材料,无疑将促进光催化的发展和应用。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)正是这样一类结合了无机物的稳定性和有机物的可修饰性的杂化材料。 MOFs是一类以金属阳离子为节点、有机配体为连接体的多孔配位聚合物的总称。这类材料不仅拥有超高的比表面积、丰富的拓扑结构,而且其结构兼具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,在气体吸附储存、分离、传感等领域都有广泛的应用。在催化领域MOFs也显示出巨大的应用前景：(1)比表面积大,有利于对反应底物的吸附,促进催化反应的进行;(2)组成多样,结构具可剪裁性、可设计性、易调变等特点,通过对其金属单元或者配体进行改变修饰,可以实现对MOFs结构和性能的调变;(3)MOFs中金属-氧单元之间由有机配体隔开,相当于分立的半导体量子点,在反应中不易发生团聚。并且各个分立的金属-氧单元之间可能存在协同效应,有利于保持催化剂的稳定性和产生高的催化活性。因此, MOFs材料是一类非常有潜力的异相催化剂。光催化是一类典型的多相催化技术,与传统半导体光催化材料相比, MOFs由于具有可在分子水平进行灵活调控的优点,在光催化领域的应用更有优势。此外, MOFs结构上的确定性为研究催化剂的界面电荷迁移和光催化机理提供了便利条件,通过对其构-效关系的研究和光催化反应机理的探索反过来有助于我们从微观尺度上进一步认识光催化的本质。 MOFs材料在光催化领域已经有了初步的研究。越来越多的MOFs材料被成功应用于光催化降解染料、选择性转化有机物、光解水制氢和CO2还原等反应。典型的有MOF-5、UiO-66和MIL-125系列等。近年来,已有少量的文献综述了MOFs这类材料在光催化领域的研究。这些文献主要围绕MOFs在光催化过程中所起到的作用,比如作为催化剂、助催化剂或载体来展开;或者是从MOFs的光催化应用领域,比如污染物降解、产氢、二氧化碳还原、有机物转化来分类展开。本文围绕如何设计合成高效的MOFs光催化剂,综述了近年来国内外关于提高MOFs的光催化性能而开展的相关研究工作,包括理论研究MOFs的能级结构及化学性质、在MOFs配体上修饰官能团调变其能带结构、染料或者金属化合物光敏化MOFs提高其光吸收性能、负载金属/碳材料及半导体复合提高光生载流子的分离效率等。最后,本文对MOFs光催化剂的未来发展趋势进行了展望,强调开发新型的MOFs光催化剂,并加强对MOFs光催化机制的研究,有助于指导现有MOFs催化剂的改良和设计新型光催化剂。