华南理工Applied Catalysis B: Environmental: MOF衍生In2S3封装多壁碳纳米管中空结构的设计和光催化降解抗生素性能

【引言】

近年来随着各种各样的光催化半导体材料的出现，光催化降解水体有机污染物成为一种非常具有前景的技术手段。在众多的高活性光催化材料中，硫化物（如硫化铟ˎ 硫化镉等）以其优良的可见光响应和合适的能带位置备受青睐，然而单一的金属硫化物光催化剂往往受到光化学稳定性及低效的电子空穴分离两大因素的限制。 因此，如何对金属硫化物进行进一步优化是一个非常热门的研究方向，包括形貌调控ˎ助催化剂的引入ˎ能带结构的调控ˎ异质结的设计等。

金属有机框架MOFs材料是一种由金属结点和有机配体组成的高度有序晶体材料。由于MOFs的结构可调性和合成灵活性，通过煅烧ˎ化学刻蚀等手段可以将MOFs转变成具备复杂结构（多孔结构ˎ单壳层中空结构ˎ多壳层中空结构等）的功能性材料。这为设计高效的金属硫化物提供了一条切实的途径。MOFs衍生材料在最近取得迅猛发展，但是MOFs原本所具备封装客体分子的这一优点常常被忽略。

【成果简介】

近日，华南理工大学肖静课题组利用MOF材料封装多壁碳纳米管并控制硫化过程，设计出一种MOF衍生In₂S₃封装碳纳米管中空材料，有效地增强了材料的可见光吸收，促进了电子与空穴的分离，在可见光下对抗生素四环素展现出良好的降解性能，并且增强了In₂S₃的稳定性。该工作以“Encapsulated MWCNT@MOF-derived In2S3 Tubular Heterostructures for Boosted Visible-light-driven Degradation of Tetracycline”为题，发表在Applied Catalysis B: Environmental上。

【研究亮点】

针对MOFs衍生材料常常忽略MOFs原本作为多孔自组装材料可封装客体分子这一现象，该课题组将多壁碳纳米管封装于MOF的骨架里，并通过定向硫化形成中空In₂S₃结构，同时仍然将多壁碳纳米管封装于半导体材料中，发挥其促进光生电荷分离的作用和稳定材料的作用。

【图文导读】

图1 MWCNT@In₂S₃的SEM图

图2

a. 随着多壁碳纳米管的含量增加性能表现出先上升后下降趋势；b. 控制实验说明是光催化反应；c和d. 反应动力学常数是原In₂S₃的三倍；e.MWCNT@In₂S₃相比原In₂S₃循环性能得以更好保持；f. 反应前后XRD保持一致。

【小结】

本文报道了MOF衍生In₂S₃封装多壁碳纳米管中空结构的设计及性能，与未引入多壁碳纳米管的中空硫化铟相比，该复合材料的可见光吸收范围有所增强，光生电荷分离效率也有所提高，对于抗生素四环素的降解动力学常数增强了三倍，并且催化剂的稳定性有一定程度的提高。更为重要的是，本文为MOF衍生材料的设计提供了一种新思路，即通过对MOF前驱体的结构上进行充分利用和设计，可以发展出更为多样更为有效的功能性MOF衍生材料，为研究者提供了一种新思路。

文章链接

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

本文系李博士供稿。

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