[发明专利]一种基于异核MOFs模板构筑金属掺杂氧化铟光催化剂的制备方法

说明书

一种基于异核MOFs模板构筑金属掺杂氧化铟光催化剂的制备方法，属于催化剂研发和制备技术领域。以铟基异核MOFs为模板构筑具有优异光催化还原二氧化碳性能的镂空棒状结构金属掺杂氧化铟异质节材料In₂O₃/MO_x，M＝Fe、Cu、Zn、Ni等金属。制备的衍生物催化剂保持了前驱体MOFs原有的骨架结构特征，呈六棱柱棒状结构，且存在空腔，有丰富的孔道，有利于反应底物与产物的扩散，双金属氧化物的协同效应及构成的异质结，活性位点充分暴露，提高了太阳光的利用率，加速了光生电荷与空穴的分离，因此具有优异的光催化活性。

技术领域

本发明属于催化剂研发和制备技术领域，具体涉及金属-有机骨架材料(Metalorganic frameworks,MOFs)及其衍生物的制备方法，特征是基于异核MOFs构筑镂空棒状金属掺杂氧化铟光催化剂。

背景技术

目前，能源危机和环境污染仍是人类面临的两大挑战。石油、煤、天然气等不可再生化石燃料是人类生产、生活的主要能源。随着全球能源消耗量的快速增长，化石燃料等不可再生能源将日益枯竭，并对环境产生严重影响。这迫切促使人们开发新型清洁能源。在开发新型清洁能源领域中，太阳能的利用被推到了科学与技术前沿研究领域，在太阳能利用的各种方案中，光催化实现太阳光能量转化为化学能的过程是一个非常重要的研究领域。在研究材料方面，已经能够通过能带调控、复合材料构建等，实现光催化过程的宽太阳光谱响应，在基础原理方面，利用能带调控、异质结构等提升了光催化过程中载流子的利用效率。但是，半导体异质节催化剂的能带结构调节与合成方法依然面临着许多挑战，因此，如何开发结构新颖的异质节光催化剂并改善其光催化性能成为人们亟待解决的重要问题之一。

金属-有机骨架化合物(Metal organic frameworks,MOFs)是一种新型多孔功能材料，它是由金属离子或离子簇与有机配体通过自组装形成的多孔网状骨架结构材料。由于其结构上常具有孔隙率高、比表面积大且孔尺寸与性质可调等特点，MOFs在吸附分离、气体储存、药物缓释和催化等领域具有潜在的应用价值。近年来，MOFs已经成为制备纳米材料的自我牺牲模板和前驱体。与传统催化剂相比，MOFs衍生的功能材料具有可调的形貌和丰富孔结构及与其它杂原子和金属/金属氧化物易功能化的优点，已受到科研工作者的广泛关注。尽管如此，关于对MOFs衍生物催化剂的基础理论认识和光催化强化研究方面依旧存在许多问题，例如MOFs衍生物结构组成单一、光吸收利用率较低和光催化性能难以提升。因此，如何获得电子空穴分离能力强、光吸收范围宽、稳定性好且具有实际应用潜力的MOFs衍生物光催化剂依然面临诸多挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种以铟基异核MOFs为模板构筑具有优异光催化还原二氧化碳性能的镂空棒状结构金属掺杂氧化铟异质节材料的方法。

一种金属掺杂氧化铟异质节材料，其特征在于，为镂空棒状结构金属掺杂氧化铟In₂O₃/MO_x，M＝Fe、Cu、Zn、Ni等金属。

通过水热法反应制备棒状的异核MIL-68，进而高温热解，最终构筑得到。

本发明的镂空棒状结构金属掺杂氧化铟的制备方法主要分为二步：第一步是通过简单的水热反应制备金属掺杂的MIL-68(In)纳米棒，第二步是高温热解，构筑镂空纳米棒In₂O₃/MO_x。

本发明上述光催化材料的合成方法，主要包括以下步骤：

(1)铟基异核MIL-68的制备：将三价铟、金属M盐溶液和对苯二甲酸溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，通过超声波震荡搅拌后，并向混合物中加入醋酸钠，然后进行水热反应，水热反应条件90～150℃，优选100℃，恒温0.5～8小时，优选1小时，洗涤，干燥；