[发明专利]一种光催化性能纳米掺杂金属有机框架物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于三元正极材料技术领域，具体涉及一种光催化性能纳米掺杂金属有机框架物的制备方法。

背景技术

金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料是将有机配体和金属离子通过自组装形成的具有重复网络结构的一种类沸石材料，是近几十年来配位化学领域中发展得比较快的新材料。与传统的无机多孔材料相比，MOFs材料具有更大的空隙率和比表面积，尤其是可调节的孔径以及可变的功能基团。目前，MOFs材料已经应用于氢气存储、药物运载、催化反应、生物传感器、气体吸附与分离等方面。金属有机框架材料的研究涉及有机化学、无机化学、配位化学、材料化学、生命科学以及计算机科学等学科的最新成果，因而近年来MOFs受到越来越多研究团队的关注。最新研究表明这些材料作为光催化剂在光催化降解有机污染物方面表现出了很高的效率。然而MOFs的光生电子和空穴很容易复合，限制了其光催化效果。

光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。目前，光催化技术存在量子效率低、易失活等问题。

目前这些瓶颈成为了国内外尝试了大量的改性研究。两者结合来提高光催化活性，有效降低电子-空穴对的再结合速率，成为目前的研究热点，被认为很有前景的改性金属有框架物的研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种光催化性能纳米掺杂金属有机框架物的制备方法，制得的纳米掺杂金属有机框架物具有良好的比表面积，同时具有良好的光催化性能，降解效果良好。

本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种光催化性能纳米掺杂金属有机框架物的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将聚乙烯吡咯烷酮加入至无水乙醇中水浴超声，直至完全溶解，然后加入稳定剂，滴加钛酸正丁酯，密封加热反应3-5h，得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的纳米二氧化钛溶胶液；

步骤2，将硅酸乙酯加入至纳米二氧化钛溶胶内，密封微超声反应1-2h，自然冷却后减压蒸馏，即可得到硅纳米掺杂二氧化钛胶体；

步骤3，将氯化铁与对苯二甲酸加入至无水乙醇中，缓慢滴加乙酸，滴加结束后进行密封回流反应2-8h，然后静置反应8-14h，自然冷却后得到带沉淀悬浊液；

步骤4，将步骤3的悬浊液进行溶剂过滤洗涤后真空烘干得到金属有机框架物；

步骤5，将金属有机框架物加入无水乙醇中，形成较为稳定的悬浊液，然后缓慢滴加硅纳米掺杂二氧化钛溶胶，滴加完成后在密封反应釜中曝气循环反应2-4h，经高温干燥后得到纳米掺杂型金属有机框架物。

步骤1中的聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.1-0.2mol/L，所述稳定剂采用乙酰丙酮，摩尔量是钛酸正丁酯的2-5％，所述钛酸正丁酯浓度为0.01-0.08mol/L；该方案采用聚乙烯吡咯烷酮溶解在无水乙醇中，其目的在于提供具有良好的分散性溶液，是控制纳米二氧化钛与纳米二氧化硅粒径的关键。

步骤1中的水浴超声温度为50-60℃，所述超声频率为1.5-3.5kHz，采用水浴超声的方式快速溶解聚乙烯吡咯烷酮，同时能够保证无水乙醇不挥发，同时超声带来的离合能有助于离子型高分子材料的离子化；所述密封加热反应的温度为70-80℃，所述压力为1.5-3.5MPa，采用密封加热反应将钛酸正丁酯反应形成聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛纳米粒子。

步骤2中的硅酸乙酯的摩尔量是钛酸正丁酯的5-10％，所述密封微超声的超声频率为0.5-1.5kHz，所述超声温度不超过60℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的50-60％，减压蒸馏的温度为70-80℃，所述减压蒸馏后的溶液体积是原来的25-35％；该步骤采用微超声的方式破坏聚乙烯吡咯烷酮与钛酸正丁酯的平衡，将硅酸乙酯均匀分散至钛酸正丁酯内，同时转化为聚乙烯吡咯烷酮包裹的纳米二氧化硅粒子，微超声反应的低超声频率能够保证离合能不破坏钛酸正丁酯与硅酸乙酯的平衡，保证粒子的产生；减压蒸馏的方式能够将无水乙醇去除，同时也去除钛酸正丁酯与硅酸乙酯的有机产物，形成稳定的包裹纳米粒子。

步骤3中的氯化铁与对苯二甲酸的摩尔量比例为1:1.05-1.15，所述乙酸加入量是氯化铁摩尔量的10-15倍，所述氯化铁加入无水乙醇后的浓度为0.1-0.2mol/L。