[发明专利]一种基于ZIF-8合成ZnO/ZIF-CN/Ag纳米复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种基于ZIF‑8合成ZnO/ZIF‑CN/Ag纳米复合材料的方法，其以金属有机框架材料ZIF‑8为前驱体材料，在氮气保护下，高温煅烧，合成具有碳骨架结构的碳氮化合物ZnO/ZIF‑CN纳米复合材料，ZnO/ZIF‑CN与银复合，制备获得ZnO/ZIF‑CN/Ag纳米复合材料。本方法所合成的ZnO/ZIF‑CN/Ag纳米复合材料对罗丹明B的降解速率是P25的2.1倍。通过5次循环实验，发现ZnO/ZIF‑CN/Ag纳米复合材料对RhB仍有95%以上的光降解效果，表明所制备的ZnO/ZIF‑CN/Ag纳米复合材料，是具有优异光催化效率、循环应用性好的一种新型光催化剂。

技术领域

本发明属于纳米功能材料制备领域，具体涉及基于ZIF-8合成ZnO/ZIF-CN/Ag纳米复合材料的方法。

背景技术

随着社会经济的发展，化工产品给我们的生活带来了诸多便利，但同时也给自然环境带来了极大的污染，诸如空气污染、水污染以及土壤污染等。其中水污染严重影响着人们赖以生存的水资源。如何高效降解水中的污染物引起了人们的广泛关注。光催化技术作为一种可再生、无污染的绿色技术，可应用于光解水产氢、光降解污染物、光动力治疗和光氧化等领域，吸引了许多研究者的兴趣。迄今为止，光催化降解污染物的光催化剂，如TiO₂、ZnO、SnO₂、CdS和金属有机框架化合物（MOFs）等，已经被开发应用于解决环境污染问题。其中，MOFs材料由于其比表面积大，孔径可调和稳定性高等优点，被认为是最有潜力的光催化剂之一。

MOFs虽然具有很多优点，但是由于其较宽的禁带宽度，使得其光催化效率并不高、光催化稳定性差等缺点。为了满足日益增长的对环境保护的要求，研究者们一直致力于改善MOFs对污染物的光催化降解效果。如将MOFs材料与半导体氧化物复合形成复合材料，利用后者具有一些特定的物理和化学性质，以提高其光催化活性；也有一部分研究者将MOFs材料与贵金属材料复合形成复合材料，贵金属材料由于其优异的光催化性能，也可有效地提高材料的光催化活性。

在MOFs材料中，沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）系列由于其高稳定性，受到了广大研究者的青睐。其中，ZIF-8是由二价锌（II）和2-甲基咪唑形成的配体，由于其较大的比表面积、孔径可调和合成工艺简单等优点被广泛应用于光催化领域。众所周知，ZnO是一种廉价高效，带隙宽度为3.37eV的n型半导体，被认为是有望替代TiO₂的新型光催化剂，可应用于光催化、电催化和工业催化等各种领域。因此，以ZIF-8为源物质，合成纳米ZnO，吸引了许多研究者的关注。

通过ZIF-8合成ZnO，使得材料同时具有MOFs材料的大比表面积和ZnO高效光催化活性的优点，改善了MOFs材料的光催化活性。但是，文献报道中，通过ZIF-8合成ZnO的光催化降解活性，大部分还是不如TiO₂（P25，德国德固赛公司）的效率高。本工作中，通过ZIF-8高温煅烧，形成多孔碳材料ZnO/ZIF-CN可以保持MOFs材料的高比表面的特性，同时对其与纳米银复合，形成ZnO/ZIF-CN/Ag纳米复合材料，后者兼具MOFs、ZnO和金属Ag的特性，可提高复合材料的光催化活性。

罗丹明B是一种具有桃红色的有机染料，被广泛应用于各种化工产业中，对环境产生极大的污染。国际卫生组织抗癌研究机构将罗丹明B归为3类致癌物。因此，高效光催化降解罗丹明B，具有十分重要的意义。本工作基于ZIF-8所合成的ZnO/ZIF-CN/Ag复合材料，具有高效光催化降解罗丹明B的效果，其降解速率是TiO₂（P25）的2.1倍，能够在30min内将50mL罗丹明B（20μmol/L）完全降解。同时循环使用5次后，仍具有非常高的活性。

发明内容