近年来，金属有机骨架化合物(Metal organic framework, MOFs)由于其具有结构可调性、高比表面积、可见光吸收、易实现可控合成和功能化修饰等优点，在光催化领域受到广泛关注。MOFs材料在光催化领域的主要应用有：(1)光催化分解水中有机污染物；(2)光催化还原CO2以缓解温室效应；(3)光催化分解水产氢；(4)光催化辅助合成有机化合物等。光催化的关键和核心是半导体催化剂材料的设计和制备。良好的光催化剂具有良好的光吸收性能、光生载流子在催化剂表面有效分离、适用于化学反应的合适的价带/导带位置等，为了达到上述效果，科学家们做了许多尝试，以制备满足需要的高性能光催化材料，其中，由于MIL-125和UIO-66的MOFs材料在水中具有优异稳定性，这些材料及其衍生物被广泛用于污水吸附以及光催化水有机污染物处理和光催化产氢反应。然而，由于其存在光生载流子复合速度快和可见光有效利用低的问题，所以此类MOFs的大规模应用受到限制。本论文基于光催化在降解染料以及光催化分解水制备H2能源的应用，设计合成新型光催化剂NH2-MIL-125(MOF)衍生的NH2-MIL-125/TiO2/CdS(X)核壳结构和TiO2/CdS(X)中空异质结构以及UIO-66-NH2/BiOBr(X)复合物，并进行催化活性，微观结构、形貌、光学性质与化学稳定性等特性以及反应机理研究，具体研究内容如下：
　　(1)合成MIL-125和NH2-MIL-125MOFs材料并将其应用于有机废水污染物吸附净化。MOFs材料采用X射线粉末衍射(XRD )、扫描电子显微镜(SEM )、傅里叶变换红外光谱(FTIR )、N2吸附/脱附(N2 adsorption/desorption)、X射线光电子能谱(XPS)和zeta电位分析等手段进行性质表征和结构分析。结果表明，相较于MIL-125，NH2-MIL-125对亚甲基蓝阳离子染料(MB，模型有机污染物)的吸附选择性和吸附容量均有较大提高。MIL-125的最大吸附容量达到321.39mg/g(吸附时间120min)，而NH2-MIL-125吸附容量达到405.61mg/g(吸附时间20min)。显著提升的吸附选择性和吸附容量是由于NH2-MIL-125的氨基与染料分子之间独特的静电相互作用。此外，两种MOFs在吸附过程中均遵循准二级吸附路径，并遵循Langmuir等温线模型。热力学研究证明该反应是自发进行的吸热过程。
　　(2 )通过溶剂热法以硫代乙酰胺(CH3CSNH2 )和乙酸镉(Cd(CH3COO)2·2H2O)为原料，将NH2-MIL-125金属有机骨架水解，合成了一系列具有可见光活性的NH2-MIL-125/TiO2/CdS“核-壳”结构(Yolk-shell)和中空H-TiO2/CdS复合异质结构光催化材料，并应用于光催化光解水产氢研究。在两种结构中，NH2-MIL-125/TiO2/CdS(30)和H-TiO2/CdS(30)的产氢效率分别可以达到2997.482μmol·g-1·h-1和1970.813μmol·g-1·h-1，同时在420nm处的表观量子效率为4.81%和2.41%。两种结构中，组分之间的强相互作用、高比表面积和多孔结构有助于电荷分离、物质传递、反应活性位点富集，并因此提高了光催化活性。此外，在MOFs衍生物中引入CdS纳米粒子可增强其可见光吸收，而异质结通过匹配合适的能带结构改善了载流子的分离效率。比较发现，yolk-shell和中空异质结构的产氢速率分别是纯CdS的18倍和12倍。并通过实验和表征手段验证了两种结构应用于光催化反应的反应机理。
　　(3)采用共沉淀法制备由含锆MOFs(UiO-66-NH2)和卤氧化物(BiOBr)组成的MOFs基复合光催化材料，并应用于可见光下有机废水的光催化降解。制备的BiOBr/UiO-66-NH2复合材料具有比单一材料更高的光催化活性：UiO-66-NH2含量为15wt%的复合材料(BUN-15)在可见光照射下120min内降解罗丹明B(RhB，模型污染物)染料效率为83%。该复合材料的高光降解效率归因于异质结界面的电荷转移以及BiOBr/UiO-66-NH2之间的协同效应。此外，活性物种捕获实验证实，光生空穴和O2-自由基是RhB在可见光下降解的主要活性基元。