Mixed-Valence Bimetallic Ce/Zr MOF-Based Nanoarchitecture: A Visible-Light-Active Photocatalyst for Ciprofloxacin Degradation and Hydrogen Evolution

光催化 光降解 双金属片 光化学 可见光谱 材料科学 催化作用 化学 反应速率常数 动力学 有机化学 光电子学 量子力学 物理
作者
Suraj Prakash Tripathy,Satyabrata Subudhi,Asheli Ray,Pragyandeepti Behera,Asim Bhaumik,Kulamani Parida
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:38 (5): 1766-1780 被引量:66
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.1c02873
摘要

A mixed-valency bimetallic Ce/Zr MOF with Ce3+/Ce4+ ions incorporated and an oxygen vacancy-rich single-component photocatalyst have been designed through the one-step solvothermal route to harness photons from the visible-light spectrum for green energy (H2) generation and ciprofloxacin (CIP) degradation. The one-pot-engineered bimetallic Ce/Zr MOF shows visible-light-active characteristics accompanied by a narrower band gap, along with enhanced exciton separation and superior ligand-to-metal charge transfer (LMCT), due to the presence of an interconvertible Ce3+/Ce4+ ions pair in comparison to its pristine MOF counterpart. The Ce ion insertion led to increase in electron density around the Zr4+ ion, along with generation of some oxygen vacancies (OV), which cumulatively led to the rise in the photo-reaction output. The synthesized UNH (Ce/Zr 1:1) MOF displayed a boosted photocatalytic H2 production rate of 468.30 μmol h-1 (ACE = 3.51%), which is around fourfolds higher than that of pristine MOFs. Moreover, for CIP photodegradation, the UNH (Ce/Zr 1:1) shows an enhanced efficiency of 90.8% and follows pseudo-first-order kinetics with a rate constant of 0.0363. Typically, the active species involved in the photo-redox reaction of the CIP photodegradation follows the order hydroxyl radical (OH•) < superoxide radical (O2•-), as confirmed by the TA and NBT tests. Consequently, the bimetallic Ce/Zr MOF can be readily employed as a robust photocatalyst with enhanced tendencies towards CIP degradation and H2 evolution.
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