[发明专利]一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于MOF光催化制氢领域，尤其涉及一种铂掺杂超薄Zr‑MOFs纳米薄层复合光催化剂及其制备方法和应用。所述的铂掺杂超薄Zr‑MOFs纳米薄层复合光催化剂是[Zr₆O₄(OH)₄(F‑NH₂‑L)₄(H₂O)₂(HCOO)₄]·9DMF·5H₂O。制备方法包括如下步骤，将H₂AFDCPB配体、ZrCl₄分别溶解在DMF溶液中，混合均匀，转移至密闭的反应容器中，进行反应，离心收集，洗涤，真空干燥，得到超薄Zr‑MOFs纳米薄层。将超薄Zr‑MOF纳米薄层加入到Pt纳米粒子溶液，超声后静置，洗涤，干燥，得到目标产物。该复合光催化剂表现出显著提高的催化活性及稳定性，以此实现了高效的光解水制氢。

技术领域

本发明属于MOF光催化制氢领域，尤其涉及一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

为了满足全球日益增长的能源需求，将太阳能转换成化学能是非常有前途的，光催化，包括光催化有机转化、水分解、CO₂还原等，为了获得清洁无污染的氢能，其中光催化制氢具有非常重要的地位。传统半导体光催化剂面临的主要挑战包括太阳光利用不足、载流子复合、活性中心暴露有限，特别是难以挖掘结构与活性之间的关系。而金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)作为一类高度可调的多孔材料，具有良好的、可裁剪的多孔结构、高比表面积等优点，尤其是锆基MOFs由于其优异的化学和热稳定性，在光解水制氢的各种实际应用中显示出了解决挑战的潜力。但是如何提高MOFs材料的电子-空穴分离效率和载流子利用率是光解水制氢性能在实际应用中一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术的问题，本发明目的是将Pt纳米粒子负载在超薄Zr-MOFs纳米薄层表面，得到一种负载铂的超薄Zr-MOF纳米薄层复合光催化剂。Pt的引入可有效改善Zr-MOFs材料光生电荷与空穴负荷严重的问题，在光解水制氢方面展现出了优异的催化活性并具有较好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂，所述的铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂是[Zr₆O₄(OH)₄(F-NH₂-L)₄(H₂O)₂(HCOO)₄]·9DMF·5H₂O。

上述的一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤，将超薄Zr-MOF纳米薄层加入到Pt纳米粒子溶液，超声震荡2h后，静置一夜，用无水乙醇洗涤数次，离心收集，真空干燥，得到目标产物。

上述的一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂的制备方法，所述超薄Zr-MOF纳米薄层的制备方法，包括如下步骤：将H₂AFDCPB配体、ZrCl₄分别溶解在DMF溶液中，再加入甲酸超声混合均匀后，转移至密闭的反应容器中，进行反应，离心收集，固体物用DMF和无水乙醇洗涤，60℃真空干燥，得到超薄Zr-MOFs纳米薄层。

上述的一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂的制备方法，H₂AFDCPB配体：ZrCl₄：甲酸：Pt纳米粒子＝6mg：6mg：100uL：1mg。

上述的一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂的制备方法，所述的反应条件为在120℃条件下加热48h。

上述的一种铂掺杂超薄Zr-MOFs纳米薄层复合光催化剂在光解水制氢中的应用。