[发明专利]一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)称取2‑氨基对苯二甲酸置于聚乙烯四氟衬里的高压釜中，先向衬中滴加无水N,N‑二甲基甲酰胺，再向衬里加入无水甲醇；(2)将经过步骤(1)获得的混合液放入电热恒温干燥箱中160℃的条件下晶化反应4天，离心分离后将产物置于烘箱中60℃干燥制得超薄钛基MOFs纳米片前驱物；(3)将超薄钛基MOFs纳米片前驱物分散在甲醇溶剂里并置于沉积瓶中，向沉积瓶中通入氮气，加入硝酸钯溶液，打开氙灯光照反应，光照反应结束后加入无水乙醇洗涤产物，并将产物置于烘箱中60℃干燥，制得负载有Pb的超薄钛基MOFs纳米片。

技术领域

本发明涉及一种超薄钛基MOFs纳米片的可见光催化剂的制备方法及应用，属于光催化剂制备技术领域。

背景技术

近年来，金属有机框架材料(MOFs)吸引了人们的广泛关注，MOFs材料在清洁能源生产以及太阳能利用等方面的拥有广泛的应用前景。其中，二维(2D)金属有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子或无机簇单元和有机配体之间通过配位键作用形成的配位聚合物。在众多MOFs材料中，NH₂-MIL-125(Ti)具有诸多优良的性质，例如多孔性和大的比表面积、骨架结构具有多变性和可调控性以及丰富的不抱和金属配位点等。MIL-125(Ti)以Ti₈O₈(OH)₄-(BDC)₆基本单元，边缘或角上的八面体钛单元构成的环八聚体，这些八聚体依次与其它12个循环八聚体相结合，形成多孔的三维准立方正方结构，通过将BDC胺功能化(BDC-NH₂)合成NH₂-MIL-125(Ti)。NH₂-MIL-125(Ti)是一种棕黄色具有可见光响应的光催化材料，按照前线轨道理论NH₂-MIL-125(Ti)中的HOMO主要是靠苯环上共轭的π键来构成的，因此配体中苯环上取代基的不同直接影响着MOF中电子的激发。NH₂-MIL-125(Ti)中氨基(-NH₂)的存在，使其具有可见光吸收响应的同时，其未占用的p电子与苯环中的π键形成了更强的共轭效应，从而产生电子离域，致使光照激发电子所需能量降低，提高了催化的效率。此外，NH₂-MIL-125(Ti)表面/晶格中存在多种包含氢键、配位键、共价键等多种键的功能位点；体相的NH₂-MIL-125(Ti)还具有{001}、{110}、{100}和{111}面等不同的晶面结构，以上独特的性质使NH₂-MIL-125(Ti)成为一种具有较大应用潜力的光催化基础材料。但是，体相材料的可见光响应和光量子利用效率还处于较低的水平，如何修饰改性该材料使其能够发挥其最好的效果是目前光催化材料研究的重点之一。与三维体相材料相比，二维MOFs材料具有比表面积大、活性中心暴露充分等优点，在光催化反应中不仅能够充分地与反应分子化学结合，而且其在光催化动力学中有利于光生载流子快速迁移到表面，能够有效抑制光生电子-空穴的复合使其成为最具有应用前景的光催化材料之一，也成为构筑，设计和组装性能优异的复合结构光催化材料的基石。

公开号为CN112316982A的中国专利具体公开了一种制备钛基金属有机框架同源异质结光催化剂的方法，其中公开了采用两步水热法，制备Ti基MOFs同源异质结光催化剂以及NH₂-MIL-125@NTU-9异质结光催化剂备，实现具有吸附-光催化双功能Ti-MOFs基二维范德华异质结复合材料。但是，上述发明公开的复合材料较厚，缺少氧空位，应用受到局限，同时利用钛酸异丙酯作为钛源容易快速分解和蒸发，影响产物产率。