華南理工Applied?Catalysis B: Environmental: MOF衍生In2S3封裝多壁碳納米管中空結構的設計和光催化降解抗生素性能

【引言】

近年來隨著各種各樣的光催化半導體材料的出現，光催化降解水體有機污染物成為一種非常具有前景的技術手段。在眾多的高活性光催化材料中，硫化物（如硫化銦? 硫化鎘等）以其優良的可見光響應和合適的能帶位置備受青睞，然而單一的金屬硫化物光催化劑往往受到光化學穩定性及低效的電子空穴分離兩大因素的限制。 因此，如何對金屬硫化物進行進一步優化是一個非常熱門的研究方向，包括形貌調控?助催化劑的引入?能帶結構的調控?異質結的設計等。

金屬有機框架MOFs材料是一種由金屬結點和有機配體組成的高度有序晶體材料。由于MOFs的結構可調性和合成靈活性，通過煅燒?化學刻蝕等手段可以將MOFs轉變成具備復雜結構（多孔結構?單殼層中空結構?多殼層中空結構等）的功能性材料。這為設計高效的金屬硫化物提供了一條切實的途徑。MOFs衍生材料在最近取得迅猛發展，但是MOFs原本所具備封裝客體分子的這一優點常常被忽略。

【成果簡介】

近日，華南理工大學肖靜課題組利用MOF材料封裝多壁碳納米管并控制硫化過程，設計出一種MOF衍生In₂S₃封裝碳納米管中空材料，有效地增強了材料的可見光吸收，促進了電子與空穴的分離，在可見光下對抗生素四環素展現出良好的降解性能，并且增強了In₂S₃的穩定性。該工作以“Encapsulated MWCNT@MOF-derived In2S3 Tubular Heterostructures for Boosted Visible-light-driven Degradation of Tetracycline”為題，發表在Applied Catalysis B: Environmental上。

【研究亮點】

針對MOFs衍生材料常常忽略MOFs原本作為多孔自組裝材料可封裝客體分子這一現象，該課題組將多壁碳納米管封裝于MOF的骨架里，并通過定向硫化形成中空In₂S₃結構，同時仍然將多壁碳納米管封裝于半導體材料中，發揮其促進光生電荷分離的作用和穩定材料的作用。

【圖文導讀】

圖1?MWCNT@In₂S₃的SEM圖

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圖2?

a. 隨著多壁碳納米管的含量增加性能表現出先上升后下降趨勢；b.?控制實驗說明是光催化反應；c和d. 反應動力學常數是原In₂S₃的三倍；e.MWCNT@In₂S₃相比原In₂S₃循環性能得以更好保持；f. 反應前后XRD保持一致。

【小結】

本文報道了MOF衍生In₂S₃封裝多壁碳納米管中空結構的設計及性能，與未引入多壁碳納米管的中空硫化銦相比，該復合材料的可見光吸收范圍有所增強，光生電荷分離效率也有所提高，對于抗生素四環素的降解動力學常數增強了三倍，并且催化劑的穩定性有一定程度的提高。更為重要的是，本文為MOF衍生材料的設計提供了一種新思路，即通過對MOF前驅體的結構上進行充分利用和設計，可以發展出更為多樣更為有效的功能性MOF衍生材料，為研究者提供了一種新思路。

文章鏈接

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.117882

本文系李博士供稿。

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