[发明专利]一种PCN-222(Cu)/ 二氧化钛纳米复合材料的制备和应用

说明书

本发明提供一种PCN‑222（Cu)/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，是将TiO₂纳米粒子搅拌溶解在DMF溶液中，加入PCN‑222(Cu)搅拌20~30分钟，再超声5~10分钟；然后将混合溶液置于高压釜中，于110~125℃下反应20~24小时；反应结束后自然冷却至室温，离心，收集的产物经洗涤、干燥，即得PCN‑222(Cu)/TiO₂复合材料。PCN‑222(Cu)与TiO₂的协同效应可有效提高复合材料的光催化活性，而且，PCN‑222(Cu)/TiO₂复合材料有效的提高了TiO₂纳米粒子的分散性，从而提供更多活性位点，赋予PCN‑222(Cu)/TiO₂较高的光催化活性和催化稳定性。

技术领域

本发明涉及一种TiO₂基复合光催化剂的制备，尤其涉及一种铜（Ⅱ）四羧基苯基卟啉/二氧化钛复合（PCN-222(Cu)/TiO₂）光催化剂的制备方法，主要作为催化剂用于光催化CO₂的还原反应中，属于半导体催化剂技术领域和复合材料技术领域。

背景技术

当今世界，化石燃料的大量消耗造成大气层中的二氧化碳浓度不断增加是引起一系列全球气候变化和温室效应的主要原因。与目前采用的碳捕获和隔离或分离方法相比，利用二氧化碳作为化学原料生产有价值的化学产品和燃料实现碳中性循环是最理想的方法，它既可以同时减少温室效应，又可以缓解能源短缺压力。光催化技术中，利用丰富的太阳能将二氧化碳转化为有用的碳氢化合物，例如CO，CH₄，CH₃OH，HCOOH等，这对保护人类生存的家园和可持续发展具有重要意义。目前，已有多项技术用于二氧化碳的回收处理，而半导体光催化技术不仅能降低大气中的二氧化碳浓度，而且可同时缓解能源短缺带来的压力，引起人们的极大关注。

然而光催化CO₂技术的进一步应用仍然存在巨大挑战。二氧化碳是线性的惰性分子，其分子结构稳定，很难被活化。而在光催化中二氧化碳分子的吸附和活化是催化反应进行的关键一步。另一方面，半导体催化剂自身光生电子空穴的复合率高，影响其光催化反应活性。综上，要实现更有效的光催化CO₂还原，可以采用引入助催化剂构成复合材料的方法。助催化剂不仅能吸附和降低CO₂活化能，而且促进光生载流子的分离，从而加速反应光催化反应速率。在众多吸附材料中，金属有机骨架（MOF）作为CO₂吸附剂具有很大的应用前景。MOF是一类通过金属和配体通过配位键连接的具有周期性结构的晶态多孔材料。由于它们的结构可调，高表面积，高选择性，MOF材料被作为碳捕集用于CO₂吸附和储存的研究以及作为化学原料。如PCN-222(Cu)，具有较强的可见光吸收能力和稳定性，高度有序的结构使电子传输路径大大减小，提升了电子传导速率。PCN-222(Cu)的多孔结构有利于产生更多的活性位点和吸附CO₂。TiO₂是一种重要的宽禁带直接带隙半导体光电转换材料，广泛地用作为阳极催化分解水、太阳能电池等光化学以及光电子器件的功能材料。因此，将TiO₂与PCN-222(Cu)通过一定的手段复合的协同效应可有效提高复合材料的光催化活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种PCN-222(Cu)/二氧化钛复合光催化剂的制备方法；

本发明的另一目的是对PCN-222(Cu)/TiO₂复合光催化剂催化还原CO₂产CO和CH₄的性能进行分析说明。

一、PCN-222(Cu)/TiO₂的制备