[发明专利]二氧化钛纳米带@MOF复合材料的制备方法

说明书

本公开提供一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料的制备方法，包括步骤如下：制备二氧化钛纳米带；羧基化处理二氧化钛纳米带，得羧基修饰的二氧化钛纳米带；及混合羧基修饰的二氧化钛纳米带、金属盐和有机配体，然后进行加热晶化处理，得二氧化钛纳米带@MOF复合材料。该方法通过对TiO₂纳米带表面进行羧基功能化修饰并进一步原位生长MOF材料，工艺简单、成本低、可实现壳层厚度可控、共价键连接的TiO₂纳米带@MOF复合材料的制备，具有良好的应用前景。

技术领域

本公开涉及复合材料技术领域，具体涉及一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料的制备方法。

背景技术

具有一维结构的二氧化钛(TiO₂)纳米带，既可以保持稳定的氧化还原特性，又可以克服粉体材料在应用上的不足，一直是能源转换领域的研究热点。但二氧化钛材料本身比表面积较小，具有较宽的禁带宽度，暴露的表面又多为稳定的低能面，导致其光催化性能远低于理论预期。

近年来，为了克服以上缺陷，研究人员对二氧化钛纳米材料尝试了不同方法以期提高其光催化活性，其中比较高效的改性方法是利用金属有机骨架材料(MOF)在光激发电子传导和孔道结构上优势弥补TiO₂的不足，构筑新型的TiO₂@MOF异质结。例如CamillePetit课题组利用Zr基MOF与二氧化钛成功设计出一种新型异质结光催化剂，在光还原二氧化碳的反应中表现了优异的性能；Zhang Yaqian课题组构筑了一类MIL-101(Fe)@TiO₂复合光催化剂，MOF和TiO₂的协同作用促进了光降解四环素的反应速率。

然而，目前大多数的相关报道都是利用TiO₂纳米球和TiO₂纳米片与MOF构筑异质结，且MOF多为单金属的MOF，TiO₂和MOF之间的结合方式多为电子传输能力有限的静电力或范德华力，而关于构筑微观形貌均匀、壳层厚度可控、共价键连接的TiO₂纳米带@双金属MOF复合材料的方法鲜有报道。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料的制备方法，该方法工艺简单、成本低、可实现壳层厚度可控、共价键连接的TiO₂纳米带@MOF复合材料的制备，具有良好的应用前景。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种二氧化钛纳米带@MOF复合材料的制备方法，包括步骤如下：制备二氧化钛纳米带；羧基化处理二氧化钛纳米带，得羧基修饰的二氧化钛纳米带；及混合羧基修饰的二氧化钛纳米带、金属盐和有机配体，然后进行加热晶化处理，得二氧化钛纳米带@MOF复合材料。

根据本公开的一个实施方式，二氧化钛纳米带采用水热法制备，包括：将二氧化钛溶解于碱溶液后进行碱热反应，得钛酸盐纳米带；将钛酸盐纳米带置于第一酸溶液中进行离子交换，得钛酸纳米带；及将钛酸纳米带置于第二酸溶液中进行水热处理，干燥后进行煅烧得二氧化钛纳米带。

根据本公开的一个实施方式，碱溶液的摩尔浓度为8M～10M，二氧化钛与碱溶液的质量体积比为(0.2g～0.6g)：100ml；碱热反应温度为160℃～180℃，碱热反应时间为36h～72h；离子交换的时间为24h～48h，水热处理的时间为12h～18h，煅烧温度为500℃～650℃，煅烧时间为1h～3h；第一酸溶液和第二酸溶液各自独立地选自盐酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种。

根据本公开的一个实施方式，羧基化处理包括：将含羧基化合物与二氧化钛纳米带混合于醇水溶液中进行加热处理，干燥后得羧基修饰的二氧化钛纳米带。