[发明专利]一种基于MOF模板可控制备In2

说明书

一种基于MOF模板可控制备In₂O₃@ZnO纳米异质节光催化材料的方法，属于催化剂研发和制备技术领域。以In‑MOF@Zn‑ZIF为模板，通过高温热解构筑了具有优异光催化还原二氧化碳性能的镂空棒状结构，In₂O₃@ZnO异质节光催化剂。制备的衍生物催化剂保持了前驱体In‑MOF原有的骨架结构特征，呈六棱柱棒状结构，氧化铟表面负载有叶子状锌氧化物，且存在空腔，有丰富的孔道，有利于反应底物与产物的扩散，用于催化还原二氧化碳生成碳燃料。

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MOFs 模板构筑镂空棒状的金属氧化物异质节光催化剂。

背景技术

随着社会的发展，能源危机和环境污染仍是当今世界面临的两大难题，严重阻碍了人类社会的可持续发展。石油、煤、天然气等不可再生化石燃料具有高能量密度，是人类生产、生活的主要的常规能源。随着全球能源消耗量的快速增长，化石燃料等不可再生、能源日益枯竭，与此同时造成了CO₂等温室气体的过量排放，对环境产生了严重影响。这迫切促使人们开发新型清洁能源，并减少大气中CO₂含量。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，CO₂光还原正受到越来越多的关注，通过光催化作用不仅实现了太阳光能量转化为化学能，而且降低了温室气体浓度。在研究光催化材料方面，已经能够通过能带调控、复合材料构筑等，实现光催化过程的宽光谱响应，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，它是由金属节点(金属离子或簇)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MOFs为模板，构筑具有优异光催化还原二氧化碳性能的具有结构的镂空纳米棒，氧化铟/氧化锌(In₂O₃@ZnO)异质节光催化材料的方法。

一种基于MOFs模板可控制备In₂O₃@ZnO纳米异质节光催化材料，其特征在于，镂空棒状的氧化铟外部负载一层树叶状的氧化锌。

通过水热法反应制备棒状的In-MOF，进而负载Zn-ZIF，高温热解，最终构筑得到。

本发明的镂空棒状多级结构光催化剂的制备方法主要分为三步：第一步是通过简单的水热反应制备In-MOF纳米棒，第二步是在In-MOF上原位生成负载 Zn-ZIF，得到In-MOF@Zn-ZIF模板，第三步是高温热解，构筑镂空纳米棒 In₂O₃@ZnO。

本发明上述光催化材料的合成方法，主要包括以下步骤：