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摘 要

环境问题是21世纪人们面临的一大挑战，随着社会的进步、人类生活水平的提高，资源不断的被大量消耗，造成环境污染问题愈发严重。废水中有机染料的治理是一大难点，应对这个问题，有可能的解决方法是光催化技术。本研究采用金属有机框架与无机半导体光催化剂复合，形成异质结，增强可见光响应，提高光催化能力。制备了CdS与UIO-66-NH₂的复合光催化剂，用XRD、SEM、PL以及UV-VIS等对所制备的光催化剂进行了表征，并用来降解有机染料罗丹明B来测试其光催化性能。结果表明CdS/UIO-66-NH₂催化剂的降解性能上表现良好，催化剂的循环稳定性表现稳定，在连续12个小时的测试下催化剂并未失活，具有进一步研究的价值。

关键词：金属有机框架 光催化 CdS/UIO-66-NH₂ 降解

Abstract

The environmental problem is a great challenge that people face in the 21st century. With the progress of society, the improvement of human living standard and the constant consumption of resources, the problem of environmental pollution becomes more and more serious . The treatment of organic dyes in wastewater is a major difficulty. The possible solution to this problem is photocatalytic technology. In this study, the organometallic framework was combined with inorganic semiconductor photocatalyst to form heterojunction, enhance the visible light response and improve the photocatalytic ability. The composite photocatalysts of CdS and UIO-66-NH2 were prepared. The photocatalysts were characterized by XRD-SEMI-UV-VIS and PL, and their photocatalytic properties were tested by degradation of organic dye Rhodamine B. The results show that the degradation performance of CdS/UIO-66-NH2 catalyst is good and the cycle stability of the catalyst is stable. The catalyst has not been deactivated after 12 hours of continuous test and has the value of further study.

Keywords：organometallic framework photocatalyst CdS/UIO-66-NH₂ degradation；

目 录

第一章 绪论 2

1.1 光催化技术 2

1.2 无机光催化材料 2

1.3 MOFs光催化材料 3

1.3.1 MOFs材料的研究背景 3

1.3.2 MOFs材料的制备方法 4

1.4 MOFs材料的应用 6

1.4.1 气体储存性能 6

1.4.2 光学、电学和磁学材料的性能 6

1.4.3 药物储存和缓释性能 7

1.4.4 MOFs材料用于光催化 7

1.5 选题思路与研究内容 9

1.5.1 选题思路 9

1.5.2 研究内容 9

第二章 实验部分 11

2.1 实验试剂与仪器 11

2.2 催化剂的制备 12

2.2.1 UIO-66-NH₂的制备 12

2.2.2 CdS的制备 12

2.2.3 Cds/UIO-66-NH₂的制备 12

第三章 实验结果与讨论 14

3.1 催化剂表征 14

3.1.1 Cds/UIO-66-NH₂催化剂XRD表征^[16,17] 14

3.1.2 Cds/UIO-66-NH₂催化剂SEM表征^[18] 14

3.2 对增强光催化机理的讨论 15

3.2.1 UV-Vis漫反射光谱分析 15

3.2.2 PL光谱分析 17

3.3 降解罗丹明B的性能研究 18

3.4 降解罗丹明B的机理 18

第四章 结论与展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

近年来，随着人类社会的不断进步和工业科技的持续发展，水污染问题日益严峻^[1]。染料废水具有色度高、毒性大、难降解等的弊端，对环境和人类健康的影响都非常大。染料废水的处理方法有很多，其中光催化降解法作为新兴的方法引起了很多学者的关注。

光催化技术^[2]

光催化原理是利用光催化剂在紫外线照射下会具有氧化还原的能力，从而起到净化污染物的效果。光催化性能的影响因素主要有：

（1）光吸收。光催化材料对太阳光的吸收范围主要取决于其能带大小，越宽的吸收光谱范围意味着有更小的带隙。

（2）光生电子和空穴。当光催化材料上受到能量大于等于半导体带隙的光激发下，受到能量能够激发半导体导带上的电子，此时价带上就会产生空穴，使得光生电子能够跃迁到材料表面从而发生还原反应。但是空穴和电子却非常容易复合，造成光催化效率的下降。一般来说，材料的微结构对光生电子的跃迁有较大的影响，颗粒越小，结晶度越好，光生电子复合几率小，迁移路径短，光催化活性好。

（3）表面氧化还原反应。当受到能量激发的光生电子跃迁到电解质/半导体的表面，电子的还原能力很强，可以和金属阳离子发生还原反应。而空穴的氧化能力很强，产生氧化反应。

1. 2 无机光催化材料^[3]

无机光催化剂的种类繁多，例如TiO₂ , ZnO , SnO₂ , ZrO_2，CdS等多种氧化物硫化物半导体。

半导体光催化剂中最典型的是TiO₂，其特点是无毒、成本低、化学稳定性好，但是仅仅能吸收利用太阳光中的紫外光，造成利用率极低。Fe₂O₃为常见的氧化物，铁元素在地球上分布丰富，并且不是重金属，对环境的污染不大，在各行各业应用广泛，作为光催化剂起到了不错的应用效果。金属硫化物具有不错的光催化活性，如CdS，对可见光拥有很好的响应，其缺点主要是会发生光腐蚀现象，极其不稳定。

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