今日推送：用MIL-100(Fe)包覆苝二酰亚胺异质结光催化剂活化过硫酸盐，在可见光下有效去除双酚A

MOF水处理材料祝各位TOP Paper多多，忧虑少少！

文章标题

Activation of persulfate by MIL-100(Fe) coated with perylene diimide heterojunction photocatalyst for efficient removal of Bisphenol A in visible light用MIL-100(Fe)包覆苝二酰亚胺异质结光催化剂活化过硫酸盐，在可见光下有效去除双酚A

第一作者：Zhongwen You

通讯作者：田凯勋 教授

第一单位：湘潭大学环境与资源学院

文章亮点

1.开发了一种新的MIL-100（Fe）/PDI异质结催化剂。

2.在Vis条件下，MIL-100(Fe)/PDI异质结有效地激活了过硫酸盐。

3.h+、SO4-和-OH在双酚A的降解中起着主导作用。

4.催化剂表现出良好的可重复使用性，并在连续四个循环后抑制了铁离子的浸出。

摘要详文

（1）通过溶液浸渍法制备了一种新型的MIL-100(Fe)包覆苝二亚胺(MIL-100(Fe)/PDI)异质结光催化材料。在MIL-100(Fe)/PDI/硫酸盐(PS)/可见光(Vis)体系下，该复合材料明显促进了双酚A(BPA)的去除率。

（2）0.4 g/L的MIL-100(Fe)/PDI复合材料和8 mM的PS在自然pH值下实现了对双酚A的100%降解。在MIL-100（Fe）/PDI/PS/Vis系统上，反应的动力学速率常数（k）为0.08714 min-1。

（3）降解性能的增强可能是由于光产生的电子从PDI向MIL-100（Fe）的传输。而这种光催化促进了更多的活性氧的产生，导致PS的活化大大加快，产生高活性的SO4-。自由基淬灭实验表明，h+、SO4-和-OH起到了主导作用。

（4）本研究提出了构建Fe基MOFs异质结光催化剂的新观点，为PS/Vis体系去除有机污染物提供了有效途径，为构建良好的生态友好体系提供了新的方向。

Graphical abstract

研究引入

与其他高导电性半导体材料和铁基MOFs构建异质结结构可以有效提高其光催化能力。与无机半导体相比，有机半导体有许多优势，如化学电子可调性、结构多样性和低成本。PDI是一种具有良好的光催化能力的有机半导体，因为它的带隙相对较窄（1.71 eV∼）。大多数关于PDI的研究都集中在异质结光催化剂的构建上。异质结光催化剂可以抑制电子和空穴的复合，从而提高光催化能力。Cai等人构建了一个Ag3PO4/PDI Z-scheme光催化系统，以抑制空穴复合，从而提高光催化活性。Cheng等人成功合成了一种质子Z-scheme Ag@AgCl/PDI光催化剂，可以加速电子转移，提高光催化能力。在上述参考文献的基础上，我们预计PDI与MOFs的复合将形成异质结，促进光生载体在Fe基MOFs中的分离，加速光生电子的传输，从而促进在可见光下激活PS的能力。

在本文中，我们使用溶液沉积法来生产MIL-100(Fe)/PDI。同时，在本试验中选择双酚A作为要去除的污染物，并通过判断其降解效率来评估MIL-100（Fe）/PDI/PS/Vis系统的催化能力。这种复合材料具有更好的光催化效果，而PS的激活提供了更多的活性点。还研究了常用条件因素对BPA去除的影响，包括PS浓度、pH值等。通过电子自旋共振（ESR）测试了MIL-100（Fe）/PDI/PS/Vis系统产生的活性材料。

图文内容

图1. (a - b) MIL-100(Fe); (c - d) MIL-100(Fe)/PDI(2)的SEM显微图片: (e-j) MIL-100(Fe)/PDI(2)的SEM-EDS元素图谱。

图2：（a）不同催化剂的X射线衍射；（b）不同催化剂的FT-IR光谱。

图4. (a) 紫外-可见DRS光谱; (b) 不同材料的带隙计算。

图5：（a）不同催化剂的吸附实验；（b）不同催化剂在Vis照射下活化PS的实验；（c）在不同材料的催化系统中BPA的降解效率；（d）MIL-100（Fe）/PDI/PS/Vis系统中的反应速率常数；（e）不同光催化剂上的对应k值。(双酚A=20 mg/L；光催化剂=0.4 g/L；PS=8 mM和自然pH值）。

图6. (a) 不同浓度的双酚A去除率；(b) 催化剂用量对双酚A去除的影响；(c) PS浓度对双酚A去除的影响；(d) 初始pH值对双酚A去除的影响。

图7. (a) MIL-100(Fe)/PDI(2)循环降解BPA的性能测试；(b) 反应前后的FT-IR。

图8.（a）PL光谱；（b）不同光催化的EIS Nyquist图；（c）瞬时光电流反应。

图9. (a) 在MIL-100(Fe)/PDI/PS/Vis系统上使用不同诱捕剂的双酚A降解效率；(b) 1O2的ESR；(c) -O2-的ESR；(d) -OH和SO4-的ESR。

文章结论

（1）综上所述，我们通过简单的溶液浸渍方法构建了PDI修饰的MIL-100(Fe)异质结混合体，并将其应用于光催化过硫酸盐系统以去除水中的BPA。

（2）在去除率最高的MIL-100(Fe)/PDI/PS/Vis系统下，几乎所有的双酚A都在60分钟内迅速被去除。去除效率的提高可能是由于光诱导的电子-空穴对更有效的分离，这促进了MIL-100(Fe)/PDI中Fe3+向Fe2+的转化，以及PDI在可见光下对PS的激活，这些都有助于SO4-自由基的产生。

（3）根据自由基爆发实验和ESR自由基测量，在双酚A消除过程中出现了五种活性物质，包括SO4-、-OH、h+、-O2-和1O2。而活性物质的贡献排序为h+>SO4->OH>-O2->1O2。此外，MIL-100(Fe)/PDI复合材料还表现出良好的可回收性和极低的亚铁离子浸出率，而无需调整pH值。

（4）本工作中提出的MIL-100(Fe)/PDI/PS/Vis系统有可能成为高效降解有机污染物的前瞻性方法，为制造Fe基MOFs的异质结构提供了一个新的思路。

https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110159

谢谢您的关注，联系可设置文章转载！

可向本公众号投稿科学研究，免费为您推送您的研究成果！

投稿格式不限，Your paper your way!

所有投稿合作请加下方小编微信，祝您paper 多多！

申请进入MOF水处理材料群加小编回复：进群