NanoResearch - POM｜高效卟啉-多金屬氧酸鹽複合光催化劑用於可見光下苯酚的快速降解－鑽石舞台

背景介紹

苯酚化合物是重要的化工原料，可用於生產染料、藥品、酚醛樹脂、膠粘劑、防腐劑等。在酚類廢物中，苯酚和甲酚是最突出的污染物。金屬卟啉因其優異的催化性能被廣泛應用於各種催化體系中。多酸功能化材料在醫藥、磁性材料、環保、催化、能量轉換、儲能材料等先進技術領域具有廣闊的應用前景。多酸與卟啉類複合材料在近些年來被廣泛報道，充分結合了兩組分優勢從而顯著提高雜化材料的催化性能。

成果簡介

在本研究中，將金屬卟啉FeTCPP和多酸通過一步沉澱法合成了兩種FeTCPP - PW12和FeTCPP - PMo12複合催化劑並研究了其對苯酚的光催化降解。FeTCPP - PW12催化劑在可見光照射下，20 min內苯酚轉化率可以達到近乎100%。此外，FeTCPP - PMo12催化劑對可見光的響應顯著，在10 min內苯酚幾乎完全降解和礦化。設計合成的兩種二元雜化催化劑在經過5次循環後仍能保持良好的活性和穩定性。

圖文導讀

將0.1mmol H3PW12O40（或H3PMo12O40）溶於5ml H₂O中，將0.1mm ol（0.3mmol，0.6mmol）FeTCPP溶於0.1MKOH中。攪拌後，將FeTCPP溶液緩慢滴入H3PW12O40（或H3PMo12O40溶液中，然後用稀鹽酸將pH值調節至1.5-2.0。過濾後的紅棕色沉澱物用蒸餾水反覆洗滌並乾燥。最後，通過調整兩種反應物的比例，合成了不同尺寸的FeTCPP-PW12（或FeTCPP-PMo12）複合材料（Fig. 1）。

Fig. 1 SEM of the ratio of PW12 and FeTCPP were 1:1(a), 1:3(b) and 1:6(c) respectively. SEM of the ratio of PMo12 and FeTCPP were 1:3(d) and 1:1(e). TEM of FeTCPP-PW12 (f).

金屬卟啉通常為深色，有較強的可見光吸收。對於苯酚的光催化降解可以在可見光條件下進行，如Fig. 2所示。當使用不同粒徑的FeTCPP-PW12作為光催化劑時，出現了一些有趣的實驗現象。苯酚在黑暗條件下10分鐘內會達到吸附平衡，然後迅速降解。在20分鐘時，苯酚轉化率幾乎達到100%。為了進一步比較不同條件下的催化劑效果，我們將反應物保持在40°C，以便在可見光下降解苯酚。光熱雙重條件下的降解比單獨光照下的降解高10%。為了進一步提高光催化效果，還使用PMo12-FeTCPP降解苯酚。我們分別比較了兩種不同尺寸催化劑的催化效果。與FeTCPP-PW12一樣，PMo12和FeTCPP以1:1的摩爾比合成的催化劑更有效。該催化劑可以在很短的時間內完全去除苯酚。FeTCPP-PMo12在不超過5分鐘內降解70%的苯酚，10分鐘內去除效率幾乎達到100%。與其他研究類似，PMo12在氧化性能方面確實優於PW12。不同量的起始材料使最終的組合催化劑具有不同的催化活性。此外，與複合催化劑FeTCPP-POM相比，FeTCPP和POM的物理混合催化劑表現出更差的活性。

Fig. 2 (a) Photodegradation curves of phenol with different catalysts. FeTCPP+PW12 represents for the catalyst by physically mixing of FeTCPP and PW12. (b) Photodegradation curves of phenol with different catalysts. FeTCPP+PMo12 represents for the catalyst by physically mixing of FeTCPP and PMo12.

作者簡介

歷鳳燕課題組自組建以來，始終秉承着快樂科研的組內理念。在十幾個人的團隊中，課題組成員相互促進，精誠合作，並通過不斷探索在科研和各個方面取得了優異的成績。

歷鳳燕，女，博士，教授，博士生導師。2008年於東北師範大學獲得理學博士學位。2007年，獲得國家留學基金委資助，赴英國格拉斯哥大學進行為期一年的中英聯合培養博士生計劃。在英國的學習研究中，主要從事多酸的有機官能化工作。2017年8月至2018年8月在美國加州大學河濱分校化學系進行訪問學者研究。目前的研究方向為多酸化學及多酸能源材料化學。先後主持校內青年基金項目、中國博士後基金面上項目、吉林省科技發展計劃青年基金及面上項目、國家自然科學基金青年基金及國家自然科學基金面上項目7項，至今發表SCI論文80餘篇，著作1部（主編），參編教材2部。現為國際學術期刊Polyoxometalates青年編委。

文章信息

Z. Xia, L. Wang, Q. Zhang, et al. Fast degradation of phenol over porphyrin-polyoxometalate composite photocatalysts under visible light. Polyoxometalates. 2022, 1: 9140001. https://doi.org/10.26599/POM.2022.9140001.