[发明专利]一种石墨相氮化碳/氨基化钛类半导体金属有机框架复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨相氮化碳/Ti‑MOF复合材料的制备方法，是将g‑C₃N₄与NH₂‑MIL‑125(Ti)混合后充分研磨，再放入马弗炉中经煅烧，得g‑C₃N₄@NH₂‑MIL‑125(Ti)复合材料。本发明利用简单的煅烧方法将八面体形NH₂‑MIL‑125(Ti)负载于g‑C₃N₄纳米片上，大大提升了纯的g‑C₃N₄对可见光的吸收强度。在可见光的照射下g‑C₃N₄吸收能量，产生电子，再利用NH₂‑MIL‑125(Ti)的特殊结构将电子与空穴分离，减少电子与空穴的复合，g‑C₃N₄@NH₂‑MIL‑125(Ti)构成价带和导带相交错的n‑n异质结构，促进了电子和空穴的有效分离，提高了光催化产氢率。

技术领域

本发明涉及一种石墨相氮化碳复合材料的制备，尤其涉及一种石墨相氮化碳/氨基化钛类半导体金属有机框架复合材料的制备方法，主要作为光催化剂用于光催化产氢反应中。

背景技术

近年来，随着化石燃料的快速消耗，使得能源危机及环境问题日益严重，发展绿色、可持续的新型能源显得越发重要。在即将到来的能源革命中，光催化产生的氢能因其潜在应用受到越来越多的关注。太阳能是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源，运用光催化技术将太阳能转化为氢能是解决能源与环境危机行之有效的方法之一。g-C₃N₄（石墨相氮化碳）是一种典型的n-型非金属半导体，具有很高的热稳定性，广泛应用于光催化产氢中。但由于光生电子与空穴的快速复合，导致其光稳定性较差，使得产氢效率并不是很高。因此，减小电子与空穴得复合是有效提高光催化产氢性能得关键。

金属、非金属元素与g-C₃N₄掺杂可提高其光响应范围，同时有利于光生载流子的分离与传输；将g-C₃N₄与能带匹配的化合物耦合是提高光催化响应的又一策略。MOFs是一种相对较新的多孔固体材料，由金属离子、金属簇与有机基团构建而成，因其独特的性质广泛应用于各个领域。氨基化钛类半导体金属有机框架作为典型的Ti-MOF，具有活性位点均匀分散，热稳定性高等特点；另外，氨基的引入使其带隙明显降低，有利于光催化产氢的进行。因此，将g-C₃N₄与NH₂-MIL-125(Ti)通过一定的方式复合，有望增强g-C₃N₄的光催化性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨相氮化碳/氨基化钛类半导体金属有机框架复合材料的制备方法。

一、g-C₃N₄@NH₂-MIL-125(Ti)的制备

本发明石墨相氮化碳/Ti-MOF复合材料的制备，是将g-C₃N₄与NH₂-MIL-125(Ti)以1:1~1:8的质量比混合后充分研磨，再放入马弗炉中，于200~300℃煅烧1~2h，得g-C₃N₄@NH₂-MIL-125(Ti)复合材料。标记为GT-x，其中x为g-C₃N₄与NH₂-MIL-125(Ti)的质量比。

当煅烧温度升高或煅烧时间延长时，由于Ti-MOF特殊的框架结构坍塌，转变为无定形TiO₂,电子与空穴的分离效率降低，从而使产氢率减小。