铋基MOF材料光催化在环境治理领域的研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0618

摘要/Abstract

摘要：

铋（Bi）基金属有机框架（MOF）材料因具有良好的可见光响应特性以及光催化活性，作为一种高效的光催化材料在环境治理领域展现出广阔的应用前景。总结了Bi基MOF材料的合成方法，包括通过水热/溶剂热合成法、微波辅助合成法及超声辅助合成法等方法制备纯相Bi-MOF，以及通过两步水热/溶剂热和机械化学等方法制备Bi基MOF二元/多元复合材料；阐明了Bi基MOF材料光催化降解污染物的作用机理；综述了Bi基MOF材料在光催化降解水体中的染料、药品、个人护理产品和去除水体重金属，光催化转换CO₂和NO气体以及光催化降解土壤中农药残留等环境治理领域的研究进展。最后对Bi基MOF光催化材料在环境治理中的应用进行了总结，对其未来的研究方向进行了展望，以期为今后进一步拓展Bi基MOF材料及其光催化技术的应用领域提供参考。

关键词: 铋基金属有机框架, 合成, 光催化, 环境治理

Abstract:

Bismuth(Bi)-based metal-organic framework(MOF) materials have shown great potential in environmental remediation as efficient photocatalytic materials due to their excellent visible light response characteristics and photocatalytic activities. This review summarized the synthesis methods of Bi-based MOF materials, including the preparation of pure-phase Bi-MOF via hydrothermal/solvothermal, microwave- and ultrasound-assisted and other approaches, as well as the fabrication of binary/multicomponent Bi-based MOF composites through two-step hydrothermal/solvothermal, mechanochemical methods, and other methods. The mechanisms of photocatalytic removal of pollutants by Bi-based MOF were elucidated. The research progress of Bi-based MOF materials in the field of environmental remediation, such as photocatalytic degradation of dyes, pharmaceuticals and personal care products, and removal of heavy metals in water, photocatalytic conversion of CO₂ and NO gases, and photocatalytic degradation of pesticide residues in soil, was reviewed. Finally, the application of Bi-based MOF photocatalytic materials in environmental remediation was summarized and the future research directions were prospected, which was expected to provide references for further expanding the application field of Bi-based MOF and their photocatalytic technologies.

Key words: Bi-based metal-organic framework, synthesis, photocatalysis, environmental remediation

中图分类号:

X52
TQ426.8

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I6/107

图/表 2

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材料类型	合成方法	优点	缺点	应用方向
Bi-MOF	水热/溶剂热合成法	产物结晶性高、可控性强、产率高、适用范围广	反应条件高、合成时间长、难以规模化	元素掺杂、缺陷工程等
	微波辅助合成法	合成时间短、晶体尺寸小且易控制	成本高、操作复杂、有一定危险性、不适合大晶体MOF的合成	尺寸、形貌控制
	超声辅助合成法	合成时间短、设备简单、节能高效、晶体结构可控	合成技术尚不成熟	尺寸、形貌控制
	电化学合成法	无需使用金属盐、合成时间短、反应介质可循环	技术尚不成熟，仅适用于成核较快且含有开放金属位点的MOFs	尺寸、形貌控制，MOF涂层制备等
Bi基MOF二元/ 多元复合材料	两步水热/溶剂热法	适用范围广、各组分结构特性保持度高、反应参数可控性强	能耗高、反应周期长、工艺条件控制复杂、难以实现规模化	异质结构建、界面修饰等
	机械化学法	操作简单、无需溶剂参与、环境友好、可实现规模化生产	对反应器的消耗大、难清洗	异质结构建
	化学沉淀法	能耗低、反应条件温和、操作简单易行	仅适用于成核速率较快的沉淀体系，应用范围窄	异质结构建、界面修饰等

材料类型	合成方法	优点	缺点	应用方向
Bi-MOF	水热/溶剂热合成法	产物结晶性高、可控性强、产率高、适用范围广	反应条件高、合成时间长、难以规模化	元素掺杂、缺陷工程等
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	超声辅助合成法	合成时间短、设备简单、节能高效、晶体结构可控	合成技术尚不成熟	尺寸、形貌控制
	电化学合成法	无需使用金属盐、合成时间短、反应介质可循环	技术尚不成熟，仅适用于成核较快且含有开放金属位点的MOFs	尺寸、形貌控制，MOF涂层制备等
Bi基MOF二元/ 多元复合材料	两步水热/溶剂热法	适用范围广、各组分结构特性保持度高、反应参数可控性强	能耗高、反应周期长、工艺条件控制复杂、难以实现规模化	异质结构建、界面修饰等
	机械化学法	操作简单、无需溶剂参与、环境友好、可实现规模化生产	对反应器的消耗大、难清洗	异质结构建
	化学沉淀法	能耗低、反应条件温和、操作简单易行	仅适用于成核速率较快的沉淀体系，应用范围窄	异质结构建、界面修饰等

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