聚苯胺桥联协同电子转移策略构建高效MOF基三元光催化剂用于Cr(VI)还原

《Process Safety and Environmental Protection》：Synergistic Electron Transfer via Polyaniline Bridging: A High-performance Ternary MOF-Based Photocatalyst for Efficient Cr(VI) Reduction

针对光催化废水处理中电荷转移效率低的核心难题，研究人员通过将等离子体Cu纳米颗粒和导电聚苯胺(PANI)整合到NH2-MIL-125(Ti) MOF中，构建了Z型异质结光催化剂Cu/PANI/NH2-MIL-125(Ti)。该材料通过Cu表面等离子体共振(SPR)和PANI电子桥的协同作用，使Cr(VI)可见光还原效率达97.9%（150分钟），较原始MOF提升18.7%，为设计高效废水修复光催化剂提供了新思路。

　　

铬污染是当前环境治理的重大挑战，其中高毒性、高迁移性的六价铬Cr(VI)通过生物累积作用可引发癌症和内分泌紊乱。尽管金属有机框架(MOF)材料因其可调控结构和丰富活性位点成为光催化处理废水的理想候选，但NH₂-MIL-125(Ti)等传统MOF存在导电性差、光生电荷复合快等缺陷。为解决这一瓶颈，辽宁教育部门与衢州研究院联合团队创新性地将等离子体铜纳米颗粒(Cu NPs)与导电聚合物聚苯胺(PANI)集成到MOF骨架中，开发出三元Z型异质结光催化剂Cu/PANI/NH₂-MIL-125(Ti)，相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》。

研究采用原位聚合法合成材料，通过X射线衍射(XRD)确认晶体结构，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析光学性质，电化学阻抗谱(EIS)评估电荷传输效率，并结合自由基捕获实验阐明反应机制。

Characterization of Cu/PANI/NH₂-MIL-125 (Ti) composite photocatalysts
XRD显示复合材料保留了NH₂-MIL-125(Ti)的特征晶面衍射峰（2θ=6.78°-19.56°），PANI的非晶态特征表明其均匀包覆。UV-Vis DRS证实Cu NPs的SPR效应将光响应范围扩展至可见光区，EIS谱中CP-125(Ti)-7.5的弧半径最小，说明其电荷转移电阻显著降低。

Conclusion
最优组分CP-125(Ti)-7.5在150分钟内实现97.9%的Cr(VI)还原率，较原始MOF提升18.7%。机理研究表明，PANI的π共轭骨架作为电子高速通道，与Cu NPs的SPR效应协同促进电荷分离，主导反应的活性物种为光生电子和超氧自由基(·O₂^-)。

该研究不仅通过"等离子体金属-导电聚合物-MOF"三元设计突破了传统光催化剂的效率限制，更揭示了多组分协同作用机制，为开发低成本、高性能的环境修复材料提供了普适性策略。值得注意的是，催化剂在降低用量条件下仍保持优异性能，展现出工业化应用潜力，对推动绿色水处理技术发展具有里程碑意义。