[发明专利]基于介孔TiO2/金属有机磷酸Cd-MOF异质结光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于介孔TiO₂/金属有机磷酸Cd‑MOF异质结光催化剂及其制备方法和应用，其结构式为P‑TiO₂@Cd‑MOF_x，其中x为0.10、0.50、1.0、1.5或2.0。制备时，先将TiO₂浸泡在磷酸溶液中2～5h，然后离心分离，得到白色粉末干燥，再用水洗涤后烘干，得到磷酸修饰的饰TiO₂，即P‑TiO₂；再进行P‑TiO₂@Cd‑MOF_x的制备，具体是将CdCl₂•2.5H₂O和P‑TiO₂加入到水中，进行回流搅拌1‑4h，冷却后加入磷酸配体H₄L搅拌混合，在120～180℃反应36～72 h，冷却过滤，滤饼用水洗涤后真空干燥即得。该光催化剂在可见光下对罗丹明B和Cr(VI)有较高的降解能力，而且光催化剂在循环5次后依然有很高的催化性能和很高的稳定性。

技术领域

本发明涉及光催化剂制备领域，具体涉及一种基于介孔TiO₂/金属有机磷酸Cd-MOF异质结光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

环境污染和能源危机已成为社会可持续发展道路上的两个问题，解决该问题的途径是通过半导体的光催化技术将太阳能转化为环境友好、可持续发展的清洁能源。目前，人们已经开发、应用了很多半导体光催化剂，但是较低的光催化性能，光生载流子容易复合，光能量利用率低等问题极大的限制了其应用，因此，提高光催化剂的量子效率、稳定性、对光的广谱响应，依然是一个很大的挑战。

在各种半导体材料中，二氧化钛因其物理和化学稳定性、没有毒性、低成本和生物相容性的特点在光催化领域一直备受关注。然而，二氧化钛也存在一些缺陷限制了其光催化效率。人们尝试着通过贵金属沉积、金属/非金属离子掺杂、形成异质结的结构等方法来提高其光催化性能。目前一些研究者们也尝试用金属有机框架对TiO₂的表面进行修饰形成异质结，如Crake研究组在可见光下研究了TiO₂/NH₂-UiO-66纳米复合材料对CO₂捕捉和光还原能力；发明人所在课题组报道过中空TiO₂@ZIF-8光催化剂，研究了其可见光产氢的能力；Xiao研究组报道了TiO₂@水杨醛-NH₂-MIL-101(Cr) 光催化剂用于可见光下降解有机污染物，该异质结能有效促进电子-空穴对的分离。

但目前，有关金属有机框架用于TiO₂形成异质结的报道中，仅限于一些经典的ZIF、MIL和UiO系列的MOF，这些异质结存在光生电子和空穴易复合的特点，且稳定性差。

发明内容

本发明提供一种基于介孔TiO₂/金属有机磷酸Cd-MOF异质结光催化剂及其制备方法和其可见光催化降解Cr(VI)和罗丹明B的应用。

本发明的技术方案是，一种基于介孔TiO₂/金属有机磷酸Cd-MOF异质结光催化剂，其结构式为P-TiO₂@Cd-MOF_x，其中x为0.10、0.50、1.0、1.5 或2.0。

本发明还公开了制备上述异质结光催化剂的方法，包括以下步骤：

1）P-TiO₂的合成

将TiO₂浸泡在磷酸溶液中2～5h，然后离心分离，得到白色粉末干燥，再用水洗涤后烘干，得到磷酸修饰的饰TiO₂，即P-TiO₂；

2）P-TiO₂@Cd-MOF_x的制备