前言
年8月，《RSCAdvances》(年影响因子3.)发表了北京建筑大学王崇臣教授团队关于ZIF-8光催化降解亚甲基蓝（MB）的研究性论文。该论文研究了紫外光照射下ZIF-8降解MB的影响因素、动力学、机理以及ZIF-8的稳定性。论文第一作者为北京建筑大学景焕平，通讯作者为北京建筑大学王崇臣教授，共同作者为北京建筑大学王鹏高级实验师。该论文为ESI高被引论文，截止到年12月该论文被引用次。
论文标题
文章简介
高效去除水体中有机污染物对生态和环境均具有重要意义，并已成为一个炙手可热的研究主题。基于TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS和ZnS等半导体光催化剂的光催化技术能够将废水中大部分有机污染物降成生物可处理的形式或*性较小的有机化合物，有的甚至可以将有机分解成CO2、H2O、NO3-、PO43-和卤素离子等小分子。然而，这些半导体材料却往往具有易团聚、光转化利用效率低和难以后期分离等缺点，限制了其应用范围。因此，探究新的高效催化剂是光催化技术的研究热点和难点。
MOFs作为光催化剂在光催化降解有机污染物方面表现出了很高的效率。ZIF-8是一种具有较高热稳定性和化学稳定性的MOF，在可持续能源和环境修复领域具有广阔应用前景。本课题基于光催化降解废水中有机污染物这一目标，选用MOFs材料ZIF-8，分别用粉末X-射线衍射（PXRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-visDRS）和比表面积测试（BET）技术等进行表征。之后选用MB作为降解靶物，研究了ZIF-8光催化降解MB的影响因素、动力学参数、反应机理、反应途径及ZIF-8的稳定性。
文章亮点
1.本文首次探究了ZIF-8光催化降解有机污染物性能
2.系统研究ZIF-8光催化降解有机污染物的影响因素、动力学模型、光催化机理、反应途径及稳定性。
正文解析
1、ZIF-8结构示意图
图1ZIF-8结构示意图
2、ZIF-8表征分析
1）X射线衍射
图2ZIF-8X射线衍射图谱和拟合图谱
要点：ZIF-8粉末X-射线衍射谱图与单晶X-射线衍射数据模拟出的谱图对比结果显示两个谱图的峰有较好的吻合，表明配合物1纯度较高无杂质。
2）紫外可见漫反射光谱
图3ZIF-8的Kubelka?Munk转换漫反射光谱
要点：ZIF-8的Eg值可估测为5.16eV，表明ZIF-8是潜在的宽带隙半导体材料。因此，ZIF-8是很有潜力的光催化剂。
3）ZIF-8比表面积和孔径分布
图4(a)N2吸/脱附等温线;(b)ZIF-8的孔径分布
要点1：ZIF-8的N2吸脱附等温线为类型I等温线，表明ZIF-8是典型的微孔材料。
要点2：对N2吸脱附等温线进行拟合，得出ZIF-8的孔隙直径大都集中在1.4nm左右（如图4(b)），这表明ZIF-8是一种孔径均匀的微孔材料。
要点3：具有较高比表面积的ZIF-8可能会对水中的染料表现出较强的吸附性能。
3、ZIF-8的光催化活性
图5(a)紫外光下ZIF-8光催化反应液的波长扫描图谱;(b)不同条件下亚甲基蓝的降解情况;(c)紫外光ZIF-8光催化反应的伪一级拟合.实验条件：ZIF-8，0.5g/L；MB,10mg/L和初始pH=6
要点1：在没有ZIF-8存在的MB自降解实验中，紫外光照射min后MB溶液的浓度降低了20%；在暗处的ZIF-8吸附实验中，约有13%的MB被ZIF-8吸附去除。而在紫外光照射下的ZIF-8光催化实验中，约82.3%的MB被ZIF-8光催化降解，表明了ZIF-8具有较强的光催化活性。
要点2：ZIF-8光催化降解MB的伪一级动力学模型速率常数是1.70×10-2min-1，其中R2=0.。
4、亚甲基蓝初始浓度对光催化的影响
图6(a)亚甲基蓝初始浓度对光催化反应的影响;(b)不同浓度下光催化反应的速率常数.实验条件:ZIF-8，0.5g/L和紫外光照射.
要点：MB的吸附和降解效果在一定程度上与其初始浓度有关。当MB的浓度从5mgL-1上升到20mgL-1时，光催化降解效率下降，这是因为随着MB浓度的升高，ZIF-8活性位点处染料分子数目升高，阻碍了光线投射到催化剂表面。因此，到达ZIF-8光催化剂表面的光子数量减少，其表面的光催化活性物质·OH和·O2-的生成减少，进而导致MB降解效率的下降。
5、反应溶液初始pH对光催化的影响
图7(a)反应液初始pH对光催化反应的影响;实验条件:ZIF-8，0.5g/L；MB，10，mg/L和紫外光照射;(b)不同pH下的光催化反应速率常数
要点：如图7所示，在光催化体系中ZIF-8在产生·OH的同时会伴随着大量H+的生成，而在强碱环境中，过量的·OH-可以中和光催化反应中产生的H+，进而促进·OH的生成，提高了ZIF-8的光催化活性。
6、荧光法探究光反应机理
图8荧光强度变化（激发波长为nm）:(a)ZIF-8在紫外下的光催化反应;(b)只有紫外光照射下的光催化反应;(c)ZIF-8在暗处时的反应;(d)紫外光照射下ZIF-8光催化过程中的荧光强度.实验条件:ZIF-8,0.5g/L；对苯二甲酸，0.5mM；NaOH，2mM
要点：ZIF-8在紫外光条件下可以促成羟基自由基的形成，且MB的降解与羟基自由基的生成量成正相关关系。ZIF-8在紫外光条件下的光催化实验中反应液有着最强的荧光强度，这表明在ZIF-8在紫外光照射下生成大量的羟基自由基。如图8(a)所示，羟基自由基的浓度随着反应时间的推移呈线性增长趋势。
7、HOMO-LUMO理论与MB降解途径
图8亚甲基蓝的光降解路径
要点：在紫外光照射下，ZIF-8中有一个电子从2-甲基咪唑配体中的最高已占分子轨道（由N原子的2P轨道提供，简称HOMO）跃迁到中心金属Zn的最低未占分子轨道（LUMO）。LUMO上激发态的电子容易丢失，而HOMO亟需一个电子以回到基态，因此，水分子中的电子被捕捉形成?OH活性物质，而?OH可以高效地降解染料从而完成光催化过程。
8、ZIF-8的稳定性探究
图9ZIF-8光催化前后及拟合X射线衍射光谱
图10ZIF-8光催化前后的傅里叶变换红外光谱
要点1：规整的衍射峰表明光催化反应后ZIF-8样品仍具有较高的结晶度，且与反应前的ZIF-8样品衍射峰基本一致，因此ZIF-8样品在光催化实验中没有发生结构转变。
要点2：ZIF-8在cm-1（Zn-N的伸缩振动峰），和cm-1（C-N特征峰），cm-1（C=N特征峰）和cm-1和cm-1（C-H特征峰）的特征峰没有发生改变，这预示着在光催化反应前后ZIF-8样品的化学结构未发生变化。这表明ZIF-8在光催化系统中性质稳定，可以重复利用。
文章小结
ZIF-8可以在紫外光照射条件下高效地降解亚甲基蓝，其中MB的降解过程遵循伪一级动力学模型，其速率常数为1.70×10-2min-1。此外，ZIF-8在广泛的pH范围内（pH=4.0-12.0）均具有较强的光催化活性，且在强碱环境中表现出较高的吸附能力和光催化效率。本文基于荧光法和电喷雾-串联四极杆-飞行时间质谱仪提供的数据，分析了ZIF-8降解亚甲基蓝的反应机理和途径。通过对比反应前后ZIF-8的X射线衍射光谱和红外光谱，可知ZIF-8在光催化系统中稳定存在。总之，ZIF-8是一种很有潜力的光催化剂。
作者介绍
景焕平，年毕业于北京建筑大学，主要从事金属-有机骨架材料的设计、合成及在水体污染物去除及检测领域的研究。博士毕业于同济大学环境工程专业，以第一、第二作者身份发表sci期刊8篇。
回顾推文作者介绍
孟令辉，男，北京建筑大学环境工程专业级硕士研究生，主要从事金属-有机骨架材料及衍生物/复合物的设计与可控制备及其环境应用研究。
文献信息
J.-P.Jing,C.-C.Wang*,Y.-W.Zhang,R.Li,P.Wang.PhotocatalyticDegradationofMethyleneBlueinZIF-8.RSCAdvances,,4(97),-.
DOI:10./c4rad
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