[发明专利]一种共价键连接的TiO2

说明书

本发明公开了一种共价键连接的TiO₂@CTF‑Py异质结材料及其制备方法与应用。具体而言，本发明通过修饰TiO₂在其表面引入氨基并用于合成三嗪框架材料的体系中原位制备了一系列TiO₂@CTF‑Py异质结材料，TiO₂纳米片包裹在CTF‑Py层内部且与其紧密接触，两者之间通过共价键连接。该材料能够在光照条件下催化CO₂还原反应，CTF‑Py中NNN配位点可用于螯合金属离子使其具有高活性和高选择性、反应条件绿色温和等特点。转化反应结束后，将催化剂从体系中分离出来，循环利用5次后仍能保持稳定且其催化活性也未出现明显降低。

技术领域

本发明属于催化化学技术领域，涉及一种共价键连接的TiO₂@CTF-Py异质结材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着能源储存的消耗和环境的逐渐恶化，目前能源和环境问题是人类迫切关注的两大方面。由于人类活动，二氧化碳的排放不断增加，导致温室效应产生、全球气温升高、海平面上升、两极冰川融化等问题。因此为了保护我们人类赖以生存的地球，越来越多的科研工作者开始致力于将二氧化碳通过资源化转化技术来减少其排放，其中利用太阳能驱动二氧化碳光催化还原为甲醇、甲烷和一氧化碳等可持续生产化学燃料被认为是比较绿色经济的方式。迄今为止，许多基于无机半导体、石墨相氮化碳（g-C₃N₄）、金属有机框架（MOFs）或共价有机框架（COFs）的光催化二氧化碳还原体系已经得到了广泛研究。然而，这些非均相体系稳定性差、催化活性和选择性低，并且大多数情况需要额外电子牺牲剂的参与。开发新的方法，能够在不需要任何辅助条件的情况下实现高效并高选择性地光还原二氧化碳有着重要的意义。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种共价键连接的TiO₂@CTF-Py异质结材料及其制备方法和用途。以TiO₂@CTF-Py异质结材料作为催化剂，实现光催化二氧化碳还原反应。实验表明，共价键连接方式和NNN配位点是提升光催化活性的关键。另外，在上述反应体系中，作为催化剂使用的TiO₂@CTF-Py异质结材料在循环5次后催化活性并未出现明显降低，是一种有效且高效的催化剂。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种共价键连接的TiO₂@CTF-Py异质结材料，包括二氧化钛、共价三嗪框架（CTF-Py）；所述TiO₂@CTF-Py异质结材料中，TiO₂纳米片包裹在CTF-Py层内部且与其紧密接触，两者之间通过席夫碱反应形成共价键。CTF-Py中由于三嗪环和吡啶环的存在组成NNN配位点，可用于螯合金属离子作为催化活性位点。异质结材料中氮呈现出两种存在形式分别为吡啶和吡咯类型，而且氮丰度有利于CO₂气体吸附于材料表面。

本发明公开了上述TiO₂@CTF-Py异质结材料的制备方法，包括如下步骤：将NH₂-TiO₂、2,6-吡啶二甲醇、对苯二甲脒和碳酸铯加入有机溶剂中，反应得到TiO₂@CTF-Py异质结材料。

本发明公开了上述TiO₂@CTF-Py异质结材料在光催化CO₂还原反应中的应用。

本发明公开了一种光催化CO₂还原反应的方法，包括如下步骤：

（1）将NH₂-TiO₂、2,6-吡啶二甲醇、对苯二甲脒和碳酸铯加入有机溶剂中，反应得到TiO₂@CTF-Py异质结材料；

（2）将步骤（1）的TiO₂@CTF-Py异质结材料、金属盐、水混合后，二氧化碳气氛下光照反应，完成光催化CO₂还原反应。