[发明专利]复合光催化材料的原位制备方法

说明书

复合光催化材料的原位制备方法，在室温下，将钛酸异丙酯、2‑氨基对苯二甲酸溶解在N,N‑二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶液中，将硝酸银溶解于含有PVP的N,N‑二甲基甲酰胺溶液，将上述得到的两种混合溶液混合，室温下搅拌3‑5小时，转移到微波反应器中，在100‑150℃条件下反应2‑5小时，自然冷却后离心，然后用N,N‑二甲基甲酰胺洗三次，再用乙醇洗三次，洗后在50‑80℃的条件下真空干燥至少12小时，真空度控制在25～30毫米汞柱之间，得到淡黄色固体状的Ag纳米颗粒负载的具有圆盘形貌的NH₂‑MIL‑125(Ti)复合光催化材料Ag/NH2‑MIL‑125(Ti)。本发明的方法制备的材料具有对可见光吸收能力强、减少电子‑空穴对的复合几率、提高对有机污染物的降解能力的优点。

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及到一种具有圆盘形貌的Ag/NH2-MIL-125(Ti)复合光催化材料的原位制备方法。

背景技术

光催化技术是一种新兴的绿色技术。自从20世纪70年代日本科学家Fujishima和Honda首次报道了使用TiO₂在紫外光下可将水催化分解为H₂和O₂以后，光催化技术迅速成为能源和环境科学领域的研究热点。在环境科学领域，光催化技术主要应用于污染物降解，研究初期主要集中在液-固相体系，用来降解水体中的常见污染物，如甲基三丁基醚、农药、工业染料、氯酚等，从20世纪90年代后期开始，逐渐应用于气-固相体系，用来降解常规方法难以处理的气态污染物；在能源领域，光解水制氢被认为是未来清洁能源-氢能的重要来源。

太阳能是公认的取之不尽用之不竭的清洁能源，据保守估计，每年在光催化领域的研究成果中，至少有50%是在研究使用太阳光的可能性。因此，从长远角度考虑，大力发展可见光催化技术及产业，将有可能为彻底解决环境污染治理问题以及人类的可持续发展提供新机遇。在光催化反应中，光催化剂是决定催化效率的核心因素，目前使用的光催化剂主要分为无机半导体光催化剂和有机光催化剂两大类，这两类光催化材料各有优势，比如，无机光催化材料稳定性好，有机光催化材料种类多样，可设计性强；但二者也各有不足：例如，无机材料可见光响应型差，有机材料稳定性差等。因此，如何将二者的优势有机的结合起来，设计开发高效、稳定的新型光催化材料，将成为光催化领域研究的热点问题。

金属有机骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs）是由含氧、氮等多齿有机配体与过渡金属离子或金属簇自组装而成的配位聚合物。与其他有机或无机材料相比，MOFs材料由于具有大的比表面积、永久性的孔道、大量活性金属位以及可以封装或锚定光敏性物质等特性，在多相催化领域展示出巨大的应用潜力。理论计算已经表明：MOFs是带隙在1.0和5.5 eV之间的半导体或绝缘体，其带隙大小主要由配体分子的最高占有分子轨道（HOMO）和最低非占有轨道（LUMO）之间的带隙差决定。最近的研究也证实，MOFs可以作为光催化剂使用，除了应用于有机污染物的催化降解之外，还可以应用于光解水制氢、光还原二氧化碳以及光化学合成等。

已经有研究基础表明，将贵金属纳米粒子（M-NPs）负载在MOFs上，形成贵金属负载的MOFs（M-NPs/MOFs）复合材料，能够起到包覆剂的作用，防止M-NPs团聚，并且孔结构的限域作用能使M-NPs均匀分散，限制其迁移。在液相光催化降解有机染料和还原Cr(VI) 的实验中，Wu等人发现Pd@NH₂-UIO-66能够同时高效降解染料和还原Cr(VI)，这是光催化氧化和光催化还原协同作用的结果，这也说明M-NPs/MOFs纳米复合材料在液相环境中具有较高的光生载流子寿命，有利于光催化反应。