清除环境污染物——金属有机骨架(MOF)光催化剂可用于铬的还原

工业废弃物往往含有多种化学污染物,这些化学废弃物对环境和人类健康都有巨大的损害。六价铬(Cr(VI))在皮革鞣制,颜料制作以及机械制造工业中大量产生已经成为十分严重的问题。六价铬(Cr(VI))对于有机体具有很高的毒性和致癌性,并且它高度水溶性导致它能在环境中迅速扩散。由于这些原因,排放到环境中的六价铬(Cr(VI))往往在废物处理过程中被优先考虑。另一方面,三价铬 (Cr(III))是对环境却是无害的,并且在环境中不容易改变。因此,在处理含有六价铬(Cr(VI))的污水时,将六价铬(Cr(VI))还原成 三价铬(Cr(III))是一个很好的策略,并且能够利用半导体的光催化性能实现—比如以二氧化钛为基底的P25。然而,二氧化钛宽能带的特性意味着其催化还原作用只能通过高能的紫外辐照来实现,这严重的支援了反应效率。虽然,可见光激活的光催化剂也已经被发现,但是它们还不是很稳定,并且这些催化剂本身可能就有毒。

advs201500006-gra-0001-m日本的研究人员已经研制出一种更高效的光催化剂用来催化六价铬(Cr(VI))还原成三价铬(Cr(III)),它包含一个铁基的金属有机骨架(MOF),用氨基来进行功能化修饰。金属有机骨架是一种杂合材料,它是由金属氧化物团簇和有机配体组成的多孔网状结构。多孔的特性意味着催化反应能够在一个更大的表面发生,并且MOF材料的能带结构可以通过在合成过程中修饰有机或者无机化合物来实现调整,这就使得它能够作为可见光激活的光催化剂。在一些铁基MOF材料中引入氨基基团能够增加光催化六价铬(Cr(VI))还原的能力,这就意味着这种方法或许能够作为提高铁基MOF光催化剂催化能力的一种常规手段。这种光催化剂通过微波辅助的水热法合成,并且这种催化剂是稳定的,在过滤和清洗后容易实现重复利用。

这种光催化剂光催化效率提高的机制通过使用光致发光、电子自旋共振、瞬时光电流等技术加以研究。氧化铁团簇和氨基基团都被可见光激发,从氨基基团激发的电子转移到氧化铁团簇上,在这上面发生六价铬(Cr(VI))还原成三价铬(Cr(III))。由于电子-空穴对在转移到氧化铁团簇中发生分离,因此氨基基团因此产生大量的电子用于还原反应的进行,并且这种电子有更长的寿命。这种双激发的机制导致随着氨基基团浓度的增加还原反应的催化效率更高。

原文:Cleaning up: MOF photocatalysts for chromium reduction

翻译:唐敬龙