[发明专利]微孔过渡金属卤化物可见光催化材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种光化学稳定的新型微孔过渡金属卤化物可见光催化材料[(Me)₂-2,2-bipy]M₈X₁₀(M＝Cu/Ag,X＝Br/I)及其制备方法和应用。

背景技术

光催化剂是在光激发作用下产生光生电荷与空穴，并诱发氧化-还原反应的一类半导体材料。利用半导体光催化剂进行光解水产氢、光降解有机污染物、光催化有机合成、光催化还原CO₂等已经成为近年来国际上最活跃的研究领域之一。特别是在有机污染物降解方面，光催化剂以其可在室温下反应、可直接利用太阳能、能耗低、可将几乎全部有机污染物彻底矿化、无二次污染、适用范围广等独特性能而成为一种理想的环境污染治理技术。目前报道的以纳米TiO₂为代表的氧化物光催化剂大多带隙较宽(>3.0eV)，只能在紫外区显示光催化活性。然而，在太阳光谱中，紫外波段(波长<400nm)占不到5％，而可见光(390-780nm)占46％。目前科学家尽管通过掺杂改性使TiO₂获得了可见光响应，但是掺杂形成的杂质能级大多是分立的，不利于光生电子、空穴的迁移与分离，同时掺杂能级会形成光生电子和空穴的复合中心，增加了其复合几率，故可见光催化效率并不高。因此，设计合成具有高稳定性的新型可见光催化剂为光催化领域的研究热点与难点。

过渡金属卤化物具有较小的带隙，能够吸收太阳光中的部分可见光，在半导体材料，光电功能材料等领域具有重要的研究价值。但是过渡金属卤化物在太阳光照射下，能够被还原为过渡金属单质，即光化学稳定性很差，从而限制了过渡金属卤化物在光催化领域的应用。目前，国内外主要采用把过渡金属卤化物与TiO₂、石墨烯等半导体材料复合的方法，合成半导体异质结，从而提高TiO₂、石墨烯等材料的光催化性能。但是过渡金属卤化物作为复合材料的组成之一，只是作为一种光子吸收材料使用，其本身的光催化性能并没有提高，并且仍然会被太阳光部分还原，不能够长期稳定的使用。因此从结构调控与能带调控的角度，对过渡金属卤化物进行化学修饰，提高其自身的光化学稳定性与光催化性能是开发过渡金属卤化物光催化材料的关键技术问题。

发明内容

针对过渡金属卤化物光化学稳定性差的关键问题，本发明提供一种光化学稳定的新型微孔过渡金属卤化物可见光催化材料[(Me)₂-2,2-bipy]M₈X₁₀(M＝Cu/Ag,X＝Br/I)及其制备方法和应用。

一种微孔可见光催化材料，其分子式为[(Me)₂-2,2-bipy]M₈X₁₀，M＝Cu/Ag、X＝Br/I，具有三维框架结构，其中，化合物[(Me)₂-2,2-bipy]Cu₈I₁₀属于单斜晶系，P2(1)/c空间群；化合物[(Me)₂-2,2-bipy]Ag₈I₁₀、[(Me)₂-2,2-bipy]Cu₈Br₁₀、[(Me)₂-2,2-bipy]Ag₈Br₁₀属于同构的化合物，单斜晶系，C2/c空间群。

[(Me)₂-2,2-bipy]Cu₈I₁₀的不对称单元中，有8个独立的Cu⁺离子，10个I^-离子，一个[(Me)₂-2,2-bipy]²⁺阳离子，所有的Cu⁺离子都是与四个I^-离子配位相连构成[CuI₄]四面体，不同的[CuI₄]四面体之间通过共用I原子相连构成一维[Cu₈I₁₂]链，这种一维链再与相邻的其他四个[Cu₈I₁₂]链相连构成含有一维纳米孔道的三维[Cu₈I₁₀]^2-阴离子框架结构，[(Me)₂-2,2-bipy]²⁺阳离子填充在一维孔道当中。