蓝藻模板合成金属有机骨架(MOFs)材料及其可见光催化产氢性能研究

Photocatalytic hydrogen production is one of the most prospective techniques against energy crisis. And the preparation of new highly effective photocatalysts is the crux. Metal-organic frameworks (MOFs) is one kind of the most proposing new catalyst but its low stability and low activity for photocatalysis are the most troubling concerns. In the previous studies, we found that sulfide photocatalyst embedded on MOFs exhibited much higher activity than bare one for hydrogen production and dye-sensitization could also be used for MOFs photocatalyst. Therefore, MOFs-based photocatalysis still demands prompt research. This proposal will study on biotemplating synthesis of MOFs for photocatalytic use by using cyanobacteria as templates. A combination of physicochemical techniques will be used to characterize the synthesized samples, investigate the effects of reaction conditions and preparation methods on the properties of materials, as well as reveal the relationship between biotemplating synthesis and photocatalytic applications of MOFs. The research could provide a reference theoretically and practically for developing new photocatalytic materials. It combines the research focuses of MOFs preparation and biotemplating synthesis. The results we will derive may have theoretical and practical significances to solve energy and environmental problems.

光催化制氢是应对当前能源危机的一项极具发展前景的技术，新型高效光催化剂的合成是技术的关键。金属有机骨架（MOFs）材料就是一类近年来被广泛关注的新型催化剂，但应用于光催化却存在稳定性差和活性低等问题。申请人在前期研究中发现MOFs作为载体可使硫化物光催化剂的产氢活性显著提高，而染料敏化也可以提高MOFs材料的光催化产氢活性，基于MOFs材料的光催化产氢研究亟待探索。本研究以蓝藻为生物模板来研究制备MOFs材料的方法，以获得具有良好产氢活性的MOFs光催化剂为目的，通过一系列的表征手段，探索生物模板的应用和制备条件对于材料性能的影响，揭示生物模板合成法与MOFs材料光催化性能的联系。为开发出具有高活性的新型光催化材料提供理论依据和实验方法。研究结合了当前新型MOFs材料制备及应用和生物模板合成法的研究热点，针对当今社会亟需解决的能源与环境实际问题，具有重要的理论和实际意义。

本项目选择蓝藻等淡水藻类以及具有特殊形貌的植物结构为生物模板来研究生物模板制备MOFs材料的方法，以获得具有良好活性的MOFs光催化剂为目的，通过一系列的表征手段，探索生物模板的应用和制备条件对于材料性能的影响，揭示生物模板合成法与MOFs材料光催化应用的关系，为开发出具有高活性的新型光催化材料提供理论依据和实验方法。.1.以蓝藻为生物模板合成得到ZnO，并将其转化为ZnO/ZIF-8复合材料，并对其光催化活性进行了评价，结果表明其对有机染料罗丹明B的吸附和可见光催化降解都有一定效果。.2.以维管束植物的木质部为模板，合成了生物模板的ZnO 和TiO2，并在此基础上利用两种不同的方法合成了一系列生物模板的MOFs材料以及半导体/MOFs复合材料，有望为生物模板合成MOFs材料提供新的思路和参考；.3.以蓝藻微生物模板合成出了石墨烯包覆的氧化锌纳米复合材料。使用废弃生物质，也就是蓝藻作为制备石墨烯的原材料，没有使用预先得到的石墨烯或氧化石墨烯；蓝藻既是氧化锌合成的模板，又是石墨烯的生物质碳源。该方法得到的材料具有较好的光电性能，且其光电流的响应可通过调整模板剂的用量来调控。.4. 制备出罗丹明B(RhB)染料和伊红(EY)染料敏化的UiO-66材料，对其负载贵金属Pt，得到RhB-UiO-66、EY-UiO-66、RhB-UiO-66(Pt)、EY-UiO-66(Pt)四种基于 UiO-66的染料敏化MOFs材料，表征其结构性质并研究其光催化还原 Cr(VI)的性能。结果表明，使用伊红染料敏化UiO-66(Zr)并负载Pt提高了光催化还原水中Cr(VI)的活性，并且具有很好的稳定性和可重复利用性。.5. 项目共发表SCI论文5篇，申请发明专利1项，完成了预期的目标。.