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金属有机框架材料是一类由有机配体与金属中心通过自组装形成的具有可调节孔径的新型材料,通常具有比表面积大、结构功能多样等方面的特点,被广泛用于吸附分离和催化传感等领域。这种材料作为催化剂使用时,能够同时结合小分子均相催化剂和半导体材料异相催化剂的优势,即在保证可回收利用的同时还易于对其结构进行调控,是一种理想的催化制氢材料。 基于NiS活性位点在光催化制氢领域的优秀表现,本论文将其构筑到MOFs材料的节点中,制备了一系列含有NiS活性位点的MOFs材料,并对它们的光催化制氢性能和催化机理展开了深入的研究。研究从以下三方面展开。 (1)利用NiCl2·6H2O、2-巯基嘧啶和KOH按照1∶2∶2的摩尔比在水热条件下制备得到二维的[Ni2(PymS)4]n(1)材料,并通过对反应温度和反应时间的调节得到了一系列尺寸不同的绿色树叶状晶体。研究了溶液的pH值、光敏剂浓度、催化剂用量和牺牲剂用量以及催化剂的尺寸对光催化性能的影响,并结合稳态荧光猝灭实验和电化学实验推测了氧化方向的光催化制氢机理。同时,太阳光能够直接驱动反应的进行。 (2)利用NiCl2·6H2O、2-巯基烟酸和KOH按照1∶2∶2的摩尔比在水热条件下制备得到二维的簇基[Ni9(mna)10(H2O)10]·(H2O)11(2)材料,研究了溶液的pH值、光敏剂浓度、催化剂用量和牺牲剂用量对光催化制氢性能的影响,并发现该体系没有惰性气体保护时也能够直接通过太阳光照射催化水分解制氢。该催化剂在空气中进行光催化制氢反应后也能够保持很好的稳定性。空气条件下的循环伏安图和惰性气体保护下的循环伏安图几乎没有区别。最后通过原位顺磁共振光谱捕捉到反应过程中的活性自由基,证实了还原方向的光催化分解水制氢机理。 (3)利用NiCl2·6H2O、PrCl3、6-巯基烟酸和KOH按照1∶1∶2∶2的摩尔比在水热条件下制备得到了三维的[Ni3Pr2(6-mna)6(H2O)4]·(H2O)6(3)材料,研究了在有氧条件下溶液的pH值、光敏剂浓度、催化剂用量和牺牲剂用量对光催化制氢性能的影响。该有氧条件的光催化分解水产氢过程也能够直接在太阳光照射下进行。结合原位顺磁共振光谱和紫外可见吸收光谱以及荧光猝灭实验提出有氧条件下的光催化机理和氧气抑制机理。氧气对光催化产氢性能的负面影响主要体现在抑制荧光素半醌自由基的形成和消耗光电子进行氧气还原反应两方面。