[发明专利]一种钙钛矿-金属配合物复合材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种卤素钙钛矿材料ABX₃与金属配合物M complex构筑的复合材料的制备方法与应用。复合材料通过两种方法合成：1)将预合成的卤素钙钛矿材料ABX₃加入到有羧基、氨基或磷酸基等基团官能团化的金属配合物的溶液中，利用金属配合物的官能团与卤素钙钛矿材料之间的配位作用，在一定的条件下形成复合材料；2)在卤素钙钛矿材料制备过程中加入官能团化的金属配合物，在卤素钙钛矿表面原位吸附配合物形成复合材料。本发明的合成方法便捷、重现性好、常温下可操作；同时所得的复合材料可应用于光催化CO₂还原，并可进一步用于光催化产氢、有机物降解等及光/光电催化领域。

技术领域

本发明属于新型复合材料的制备及应用领域，具体涉及一种结构为ABX₃的卤素钙钛矿材料与金属配合物构筑的复合材料的制备方法与应用。

背景技术

卤素钙钛矿材料由于具有消光系数大、吸光范围广、载流子扩散长度长、带隙可调节、易合成等优点，近年来发展十分迅速，在太阳电池、光电探测器、发光器件、光催化等领域都展现了广阔的发展前景。特别地，卤素钙钛矿材料良好的可见光吸收能力、合适的能带位置使其在光催化方面展现出良好的发展潜力，目前已有报道将其应用于光催化制氢、CO₂还原、降解有机染料等方面。但是，卤素钙钛矿作为光催化剂仍旧存在光生电荷复合严重、催化反应动力学慢的问题，其催化活性和产物选择性上仍有待进一步提高。

提高半导体催化剂光催化性能的有效策略是构筑复合异质催化剂。选择合适能带结构的材料构建复合催化剂，不仅可以提供有效的电荷转移通道抑制光生电子-空穴的复合从而促进电荷的分离，而且可以集成不同组分的功能获得增强的催化性能。目前已报道的半导体复合催化剂主要包括半导体/金属纳米颗粒复合催化剂、半导体/半导体复合催化剂、半导体/金属有机框架复合催化剂和半导体/金属配合物复合催化剂等。其中，金属配合物是光催化和电催化还原反应中常用的一类高效分子催化剂，具有催化活性好、产物选择性高等特点。将其与半导体复合制备复合催化剂，不仅可有效解决金属配合物在均相催化体系中容易发生聚集而失活的问题，并可有效提高复合材料的催化活性和产物选择性。已有报道将金属配合物与TiO₂、CdS、g-C₃N₄等半导体材料复合构筑异质复合催化剂，均获得了较高的CO₂还原性能。将金属配合物与卤素钙钛矿材料复合构筑新型的异质催化剂则有望提升钙钛矿材料的电荷分离效率并集成配合物的催化活性和产物选择性获得增强的催化性能，目前尚未被发掘。

因此，如何将金属配合物与卤素钙钛矿材料复合制备高效催化剂并探究其性质具有重要的意义，也是亟待所属领域技术人员攻克的难关。

发明内容

由于现有的卤素钙钛矿材料存在光生电荷分离效率低、催化活性差等问题，本发明的目的是提供一种卤素钙钛矿ABX₃材料与金属配合物构筑的复合材料的制备方法，复合材料的合成方法操作简单、环境友好、重现性高、并且可在常温空气氛围中操作。

本发明的另一目的是提供一种通过上述卤素钙钛矿-金属配合物复合材料的制备方法所制得的卤素钙钛矿-金属配合物复合材料在光催化领域中的应用。

本发明是通过以下的技术方案实现的。

钙钛矿-金属配合物复合材料的制备方法一，包括以下步骤：

1)卤素钙钛矿材料的制备：

所述卤素钙钛矿材料可以是市售产品或通过抗溶剂法、降温析晶法、热注入法等合成工艺制得；

所述抗溶剂法的具体工艺是：

分别配制A的前驱体溶液和B的前驱体溶液，将A的前驱体溶液加入到钙钛矿材料的不良溶剂中，搅拌下加入B的前驱体溶液，得到卤素钙钛矿材料ABX₃；将产物离心洗涤分离。

所述降温析晶法的具体工艺是：