[发明专利]一种卟啉基多功能光催化MOFs材料

说明书

本发明公开了一种卟啉基多功能光催化MOFs材料，该材料为采用溶剂热法合成的Zr‑Ni PMOFs可见光吸收半导体材料，能同时进行苯甲醇转化和还原制氢，以及同时进行苯甲醇转化和COsubgt;2/subgt;还原。本发明首次报道了Zr‑Ni MOFs多功能光催化氧化还原耦合体系，为MOFs材料在光催化体系中通过耦合策略充分利用电子和空穴提供了依据；用对位取代的芳香醇同样能实现上述双功能耦合反应，证明了该反应具有普适性。

技术领域

本发明涉及一种卟啉基多功能光催化MOFs材料，属于光催化技术领域。

背景技术

光催化被认为是应对能源危机和环境污染的有效途径。光催化剂在光照条件下产生空穴和电子，使其在光照条件下具有氧化还原能力，不仅能将太阳能转化为能源物质，还能降解或合成物质。虽然无机半导体和有机聚合物在光催化领域的应用取得了很大的进步和发展，但是由于两种材料本身固有的缺陷和不足，其在光催化领域的应用具有一定的局限性。因此，开发新材料来提高催化性能仍然是目前努力的方向。

金属-有机骨架配合物( MOFs )是由金属离子和有机配体构筑的有序框架结构材料，兼具有无机和有机材料的双重优点，而且可以在分子水平上进行合理的设计，其明细的结构也为光催化机理的研究提供了理想的平台。在众多MOFs中，基于卟啉衍生物的MOFs是研究的热点之一，因为卟啉基MOFs（简称：PMOFs）具有优异的光吸收性能、长的激发态寿命以及优异的光稳定性和化学稳定性。

到目前为止，已经有一些关于卟啉基MOFs在光催化应用中的报道，但大都是研究单一的光催化产氢，有机合成或CO₂还原，且大多数PMOFs主要依靠后处理工艺向PMOFs中引入贵金属(Ir, Pt, Ru, Au, Pd)来提高光催化效率，这不仅容易出现结构不稳定或选择性低的问题，而且严重限制了其实际应用；另外，为了促进光催化还原H₂反应的速率，常加入一些牺牲剂，如甲醇（CH₃OH）、乙醇(CH₃CH₂OH)、乳酸(CH₃CH(OH)COOH)、三乙醇胺(N(CH₂CH₂OH)₃)等进行空穴捕获，牺牲剂的存在不仅会浪费光生空穴的能量，还会带来不必要的氧化产物，增加系统的成本，因此，研究开发低毒金属离子构筑的将电子空穴全利用的MOFs基多功能光催化材料势在必行。

发明内容

针对上述问题，本发明研究并提供一种卟啉基多功能光催化MOFs材料。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种卟啉基多功能光催化MOFs材料，该材料为采用溶剂热法合成的Zr-Ni PMOFs可见光吸收半导体材料，能同时进行苯甲醇转化和还原制氢，以及同时进行苯甲醇转化和CO₂还原。

进一步的，所述Zr-Ni PMOFs可见光吸收半导体材料不仅适用于苯甲醇参与的耦合反应，用对位取代的芳香醇同样能实现上述双功能耦合反应。

进一步的，所述溶剂热法合成的Zr-Ni PMOFs是指：将ZrCl₄、苯甲酸和Ni-TCPP超声溶解于DMF中，将溶液转移至反应釜中，加热反应后，离心分离Zr-Ni PMOFs，洗涤，真空干燥，得紫色粉末状晶体。

更进一步的，所述ZrCl₄：苯甲酸：Ni-TCPP的重量比为4:50:3，在120℃的马弗炉中加热72 h，以12000 rpm离心5 min，用乙醇洗涤三次，在70℃真空环境下干燥12 h，产率为53%。

进一步的，所述Zr-Ni PMOFs的导带电位为-1.22 V，具有足够的H⁺还原驱动力；价带电位为+1.12 V，为苯甲醇的选择性氧化提供足够的氧化能力。

进一步的，所述Zr-Ni PMOFs在200～800 nm波段具有较强的吸收，带隙宽度为2.34 eV。