[发明专利]基于UIO‑66‑NH2与石墨烯原位共组装合成吸附‑光催化复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种MOF与石墨烯结合的复合材料，具体为一种基于 UIO-66-NH₂与石墨烯原位共组装合成高度分散的吸附-光催化复合材料。

背景技术

金属有机骨架材料(MOF)是一类新型的多孔结构晶体，由金属离子或金属簇与芳香两元或多元羧酸、含氮杂环化合物配位自组装而成。其优点是规整微孔结构及超大比表面积，在多相催化、气体存储、气体吸附与分离等方面具有广阔的应用前景。

MOF的结构单元(金属和配体)以及结构单元间的结合方式决定了其孔的大小、形状、空间立体结构、以及化学稳定性等。因此，MOF可以作为分子筛筛选出特定大小的分子。同时，调变MOF与客体分子的相互作用力以及MOF中金属的配位状态，可使得特定的反应在MOF的孔道当中发生。另外，通过共价键修饰配体，可以使MOF功能化。MOF的应用前景广阔，涉及气体储存、吸附和分离、催化、光、电、磁以及医药等领域。

另外，MOF光催化剂的报道不多，而与石墨烯结合应用于二氧化碳转化的报道更少。现有技术中迫切需要解决的问题是MOF材料在制备过程中，耗时长且过程难控制，稳定性差的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备过程简便、反应条件可控性强、合成时间短的基于UIO-66-NH₂与石墨烯原位共组装合成吸附- 光催化复合材料。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种基于UIO-66-NH₂与石墨烯原位共组装合成吸附-光催化复合材料，该复合材料经如下步骤制备而成：

(1)、称取质量百分比为0.5％～3.0％的石墨烯溶于事先准备好的N,N 一二甲基甲酰胺，超声处理，使得石墨烯溶解于溶液中，得到溶液A；

(2)、称取2-氨基-对苯二甲酸溶于溶液A中，超声、搅拌，得到溶液 B；

(3)、再称取合成MOF所用的前驱体四氯化锆溶于溶液B，超声、搅拌，得到溶液C；

其中，步骤(2)中的2-氨基-对苯二甲酸配体与步骤(3)中的前驱体四氯化锆所称取的质量比为1：1.3；

(4)将溶液C置于微波中分别反应1～60min到产物；

(5)将上述所得产物离心洗涤得到UIO-66-NH₂-GR的复合材料。

作为本发明的优选实施例，步骤(1)中，超声处理时间为10min～50min，但是优选30min；步骤(2)中超声的时间为5min～25min，但是优选10min；搅拌的时间为5min～15min，但是优选5min；步骤(3)中超声的时间优选为10min，搅拌的时间优选为5min。

作为本技术方案的进一步改进，步骤(1)中的N,N一二甲基甲酰胺为纯N,N一二甲基甲酰胺。

作为本发明的另一个优选实施例，步骤(5)中微波反应温度为100～ 120℃，微波反应时间为40min。

采用上述技术方案的本发明采用微波原位合成方法，先将一定量的石墨烯超声搅拌充分溶解在纯的N,N一二甲基甲酰胺溶液中，随后加入配体和前驱体，在微波的条件下进行反应，原位生成UIO-66-NH₂-GR。这种共组装合成的吸附-光催化复合材料在环境治理、光解水产氢、染料敏化太阳能电池、光电材料等方面有着潜在的应用价值。

本发明提供的技术方案具有如下优点：

1、本发明提供了一种全新的合成吸附-光催化复合材料的制备方法，即用微波法合成。制备过程简便、反应条件可控性强、合成时间短。

2、选择了本身具有光催化活性的MOF，UIO-66类型MOF材料具有高的热稳定性和优异的抗水、抗酸碱性能，且有很大的比表面积以及强的吸附能力。

3、本发明利用微波产生“超热点”，在微波的作用下，将MOF材料与石墨烯结合，石墨烯可以增加分散度，提高导电性等。在两者的协同作用下，能够更好地用于还原二氧化碳。

附图说明

图1的图1a、图1b、图1c三图依次给出了本发明实施例1中所得的 UIO-66-NH₂，GR及UIO-66-NH₂-GR的FESEM图谱；