ZIF-67衍生的NiCo?O?/ZIF-8异质结构用于增强活性蓝222的太阳能光催化降解

《BMC Chemistry》：ZIF-67-derived NiCo2O4/ZIF-8 heterostructure for enhanced solar photocatalytic degradation of Reactive Blue-222

　　

摘要

活性蓝 222（RB-222）由于其复杂的分子结构和高化学稳定性而难以生物降解，因此传统废水处理在去除它时往往效果不佳。在本研究中，通过 ZIF-67 模板法合成 NiCo₂O₄ 纳米棒，随后原位生长 ZIF-8，制备了 NiCo₂O₄/ZIF-8 纳米复合材料。这种结构设计旨在解决光吸收、电荷复合和表面可及性方面的限制。结构和表面表征（XRD、FTIR、FE-SEM/EDX、XPS 和 BET）表明尖晶石 NiCo₂O₄ 与多孔 ZIF-8 骨架成功整合，与原始 NiCo₂O₄ 相比，表面积增加了约六倍（377.86 m² g^??1）。光学分析显示复合材料可见光吸收增强，有效带隙为 1.88 eV。在自然可见光照射下，优化后的 10 wt% NCO/ZIF-8 在 120 分钟内对 RB-222 的降解率达到 96.7%（20 mg L^??1，pH 7）。拟一级速率常数为 0.0296 min^??1，分别比原始 NiCo₂O₄ 和 ZIF-8 提高了约两倍和四倍。依赖 pH 的性能与测得的零电荷点（pHpzc?=?9.31）相关，表明静电作用和活性氧物种（ROS）的产生共同驱动了降解过程。自由基清除实验确定超氧自由基（^•O₂^?）是主要的活性物种，光生空穴（h⁺）提供次要贡献，羟基自由基（^•OH）作用较小。能带结构分析显示为 I 型（交错能隙）异质结，其中 NiCo₂O₄ 充当唯一的光活成分；ZIF-8（Eg?=?4.42 eV）在太阳辐射下不发生光激发。所有光生电子和空穴均来自 NCO 吸收可见光后产生。NCO/ZIF-8 界面处的接触诱导能带弯曲抑制了体相复合并使光载流子集中在表面，从而实现了高效的 ^•O₂? 生成（主要）和次级空穴介导氧化，而 ZIF-8 通过染料吸附和界面电荷局域化做出贡献，而非产生光载流子。这种解释得到了光致发光猝灭、确定超氧自由基为主要活性物种的自由基清除实验以及显示降解速率提高的动力学分析的支持。