POM｜高效卟啉-多金属氧酸盐复合光催化剂用于可见光下苯酚的快速降解

背景介绍

苯酚化合物是重要的化工原料，可用于生产染料、药品、酚醛树脂、胶粘剂、防腐剂等。在酚类废物中，苯酚和甲酚是最突出的污染物。金属卟啉因其优异的催化性能被广泛应用于各种催化体系中。多酸功能化材料在医药、磁性材料、环保、催化、能量转换、储能材料等先进技术领域具有广阔的应用前景。多酸与卟啉类复合材料在近些年来被广泛报道，充分结合了两组分优势从而显著提高杂化材料的催化性能。

成果简介

在本研究中，将金属卟啉FeTCPP和多酸通过一步沉淀法合成了两种FeTCPP - PW₁₂和FeTCPP - PMo₁₂复合催化剂并研究了其对苯酚的光催化降解。FeTCPP - PW₁₂催化剂在可见光照射下，20 min内苯酚转化率可以达到近乎100%。此外，FeTCPP - PMo₁₂催化剂对可见光的响应显著，在10 min内苯酚几乎完全降解和矿化。设计合成的两种二元杂化催化剂在经过5次循环后仍能保持良好的活性和稳定性。

图文导读

将0.1mmol H₃PW₁₂O₄₀（或H₃PMo₁₂O₄₀）溶于5ml H₂O中，将0.1mm ol（0.3mmol，0.6mmol）FeTCPP溶于0.1MKOH中。搅拌后，将FeTCPP溶液缓慢滴入H₃PW₁₂O₄₀（或H₃PMo₁₂O₄₀溶液中，然后用稀盐酸将pH值调节至1.5-2.0。过滤后的红棕色沉淀物用蒸馏水反复洗涤并干燥。最后，通过调整两种反应物的比例，合成了不同尺寸的FeTCPP-PW₁₂（或FeTCPP-PMo₁₂）复合材料 （Fig. 1）。

Fig. 1 SEM of the ratio of PW₁₂ and FeTCPP were 1:1(a), 1:3(b) and 1:6(c) respectively. SEM of the ratio of PMo₁₂ and FeTCPP were 1:3(d) and 1:1(e). TEM of FeTCPP-PW₁₂ (f).

金属卟啉通常为深色，有较强的可见光吸收。对于苯酚的光催化降解可以在可见光条件下进行，如Fig. 2所示。当使用不同粒径的FeTCPP-PW₁₂作为光催化剂时，出现了一些有趣的实验现象。苯酚在黑暗条件下10分钟内会达到吸附平衡，然后迅速降解。在20分钟时，苯酚转化率几乎达到100%。为了进一步比较不同条件下的催化剂效果，我们将反应物保持在40°C，以便在可见光下降解苯酚。光热双重条件下的降解比单独光照下的降解高10%。为了进一步提高光催化效果，还使用PMo₁₂-FeTCPP降解苯酚。我们分别比较了两种不同尺寸催化剂的催化效果。与FeTCPP-PW₁₂一样，PMo₁₂和FeTCPP以1:1的摩尔比合成的催化剂更有效。该催化剂可以在很短的时间内完全去除苯酚。FeTCPP-PMo₁₂在不超过5分钟内降解70%的苯酚，10分钟内去除效率几乎达到100%。与其他研究类似，PMo₁₂在氧化性能方面确实优于PW₁₂。不同量的起始材料使最终的组合催化剂具有不同的催化活性。此外，与复合催化剂FeTCPP-POM相比，FeTCPP和POM的物理混合催化剂表现出更差的活性。

Fig. 2 (a) Photodegradation curves of phenol with different catalysts. FeTCPP+PW₁₂ represents for the catalyst by physically mixing of FeTCPP and PW₁₂. (b) Photodegradation curves of phenol with different catalysts. FeTCPP+PMo₁₂ represents for the catalyst by physically mixing of FeTCPP and PMo₁₂.

作者简介

历凤燕课题组自组建以来，始终秉承着快乐科研的组内理念。在十几个人的团队中，课题组成员相互促进，精诚合作，并通过不断探索在科研和各个方面取得了优异的成绩。

历凤燕，女，博士，教授，博士生导师。2008年于东北师范大学获得理学博士学位。2007年，获得国家留学基金委资助，赴英国格拉斯哥大学进行为期一年的中英联合培养博士生计划。在英国的学习研究中，主要从事多酸的有机官能化工作。2017年8月至2018年8月在美国加州大学河滨分校化学系进行访问学者研究。目前的研究方向为多酸化学及多酸能源材料化学。先后主持校内青年基金项目、中国博士后基金面上项目、吉林省科技发展计划青年基金及面上项目、国家自然科学基金青年基金及国家自然科学基金面上项目7项，至今发表SCI论文80余篇，著作1部（主编），参编教材2部。现为国际学术期刊Polyoxometalates青年编委。

文章信息

Z. Xia, L. Wang, Q. Zhang, et al. Fast degradation of phenol over porphyrin-polyoxometalate composite photocatalysts under visible light. Polyoxometalates. 2022, 1: 9140001. https://doi.org/10.26599/POM.2022.9140001. 

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