[发明专利]一种贵金属纳米颗粒-MOFs凝胶块体复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种贵金属纳米颗粒‑MOFs凝胶块体复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括：通过将金属离子I的金属盐或其水合化合物或氢氧化物和可与之配位的有机配体分散于有机溶剂中，进行溶剂热反应，离心处理后得到MOFs凝胶；将MOFs凝胶分散于溶剂中形成MOFs溶胶，再将由金属离子II溶于溶剂制得的溶液与由所述MOFs溶胶混合均匀后进行光化学还原反应，干燥后得到金属离子II纳米颗粒均匀分散在MOFs凝胶的块状复合材料。

技术领域

本发明涉及一种新型光催化空气净化用纳米复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种贵金属纳米颗粒-MOFs凝胶块体复合材料及其制备方法和应用，属于空气净化领域。

背景技术

近年来，空气污染问题，特别是室内空气污染问题引发了越来越多的关注。现代人约有80％的时间在室内度过，而室内各种建筑及装饰材料大多含有易挥发的有机物(Volatile organic compounds，简称VOCs)。如甲醛、苯、甲苯、二甲苯、铵类等。当这些物质富集到一定浓度后，会引起环境中人头痛、恶心、乏力等不良反应，对人体的肝脏、肾脏、大脑和神经系统造成损害，苯、甲苯、二甲苯等苯系物还具有高致癌性，长此以往将会对人体健康造成巨大危害。同时，多类无机气相污染物，如NO_X，SO₂，NH₃等，同样会对人体健康产生巨大危害。此外，密闭空间中(地下人防空间、潜水器、航天器等)CO₂的去除同样是目前面临的问题。

为了有效去除危害人体健康的苯系物VOCs(苯、甲苯、二甲苯等)以及NO_X，SO₂，NH₃，CO₂等无机气相污染物，进行了大量的理论和实践研究。在已有的降解技术中，光催化氧化技术由于其反应条件温和，直接利用太阳能等优势，在环境催化，特别是低浓度空气污染物去除方面受到广泛关注。然而，传统的半导体光催化材料，如TiO₂等对VOCs吸附能力较差，带隙较宽，在实际应用中受到了诸多限制。金属有机框架材料(MOFs)，一类由金属作为中心，有机分子作为连接的材料，由于其多孔，具有大量活性位点的特点，近年来在高效光催化降解VOCs方面体现出较大潜力。但是，MOFs材料也面临电子-空穴易复合，对入射光利用率较低等问题，性能仍有待进一步提高。

贵金属纳米颗粒能级较低，将贵金属纳米颗粒和MOF结合，则可与MOF之间进行电子转移，促进电子空穴对的分离，从而提高材料光催化性能。同时，贵金属纳米颗粒本身具有较强LSPR效应，可以显著增强材料对于可见光的吸收，提高光利用效率，实现在可见光下高效、稳定降解VOCs，在利用光催化技术净化空气方面具有重要价值。此外，将贵金属纳米颗粒和MOFs材料结合，可以充分利用贵金属纳米颗粒LSPR性能和MOFs对于气体的强吸附能力，有望在基于拉曼和红外探测的气体检测和传感领域获得广泛的应用。在目前的研究中，将贵金属纳米颗粒与MOFs材料结合的方式主要有两种：第一种是首先合成金属纳米颗粒，再原位生长MOF材料。但是该方法通常需要在体系内引入PVP等稳定剂，且稳定剂对后期MOF合成的影响犹未可知，且目前该方法仅有ZIF系列及UiO系列MOFs材料有相关报道。第二种方法则是首先合成MOF材料，再通过沉积等方法在MOF内部生长金属纳米颗粒。该方法在合成过程中需要使用管式炉加热配合氢气还原等方法，合成过程复杂程度和危险性较高，不利于大规模使用。此外，通过该方法得到的金属纳米颗粒除少量沉积在MOFs孔道中外，大量沉积在材料表面，一方面这些暴露的贵金属颗粒在空气条件下极易发生氧化，对材料寿命产生不利影响，另一方面金属纳米颗粒与MOFs接触面积受限，不利于二者间电子迁移。