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Engineering a multivariate cobalt metal–organic framework for high photocatalytic activity: the impact of mixed ligands and metal incorporation in a visible light-driven heterogeneous photo-Fenton reaction for water treatment

  • Metal–organic frameworks (MOFs) have attracted increasing attention for the removal of organic pollutants in wastewater via photocatalysis. Here, we design a multivariate modification of ZIF-9 to tune its electronic properties for use in visible light photocatalysis. A controllable synthesis of ZIF-9 and its multivariate forms with the incorporation of copper and the 2-imidazolecarboxaldehyde (ica) ligand was carried out. The materials are tested for the removal of the model dye methylene blue (MB) by a heterogeneous photo-Fenton-like reaction at neutral pH and room temperature. Cu-ZIF-9-ica (UPO-3) shows high photocatalytic activity under both visible and ultraviolet A (UVA) light, achieving 94% MB degradation in 45 min, compared to 65% MB degradation in 120 min using bare ZIF-9. The study revealed a first-order rate constant of 0.0475 min−1 for Cu-ZIF-9-ica compared to 0.0088 min−1 for ZIF-9 under visible light. The improvement of the catalyst was clearly attributed to theMetal–organic frameworks (MOFs) have attracted increasing attention for the removal of organic pollutants in wastewater via photocatalysis. Here, we design a multivariate modification of ZIF-9 to tune its electronic properties for use in visible light photocatalysis. A controllable synthesis of ZIF-9 and its multivariate forms with the incorporation of copper and the 2-imidazolecarboxaldehyde (ica) ligand was carried out. The materials are tested for the removal of the model dye methylene blue (MB) by a heterogeneous photo-Fenton-like reaction at neutral pH and room temperature. Cu-ZIF-9-ica (UPO-3) shows high photocatalytic activity under both visible and ultraviolet A (UVA) light, achieving 94% MB degradation in 45 min, compared to 65% MB degradation in 120 min using bare ZIF-9. The study revealed a first-order rate constant of 0.0475 min−1 for Cu-ZIF-9-ica compared to 0.0088 min−1 for ZIF-9 under visible light. The improvement of the catalyst was clearly attributed to the co-incorporation of Cu and the ica ligand in the MOF, which reduces the band gap, in agreement with DFT calculations. Reproducibility and recyclability tests proved that Cu-ZIF-9-ica can be used for at least 3 cycles without a significant loss of efficiency, making it a promising material for the study and application of wastewater treatment.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Noelia Rodríguez-SánchezORCiD, Biswajit BhattacharyaORCiD, Franziska EmmerlingORCiD, Carsten PrinzORCiD, P. Prieto-Laria, A.R. Ruiz-SalvadorORCiD, M. BallesterosORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nanoscale Advances
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Royal Society of Chemistry
Jahrgang/Band:7
Ausgabe/Heft:8
Erste Seite:2255
Letzte Seite:2265
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Heterogeneous photo-Fenton; Metal-Organic Framework (MOF); Methylene Blue; ZIF-9
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
Umwelt
Umwelt / Umwelt-Material-Interaktionen
DOI:10.1039/d4na00954a
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-630797
ISSN:2516-0230
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Datum der Freischaltung:14.05.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:14.05.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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