[发明专利]一种具有类血红素结构的MXene/MOF(Fe)复合光催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种具有类血红素结构的MXene/MOF(Fe)复合光催化剂的制备方法及其应用。该方法首先将MXene材料分散到水中，再将一定质量比的抗坏血酸和六水合三氯化铁加入分散液中，然后水热反应得到Fe锚点修饰的MXene；再将其分散到乙醇中，加入一定质量比的原卟啉并进行机械球磨反应，得到具有类血红素结构的MXene；然后将具有类血红素结构的MXene重新分散到水中，并加入一定质量比的九水合硝酸铁和均苯三酸进行水热反应，得到具有类血红素结构的MXene/MOF(Fe)复合材料。本发明通过类血红素结构的修饰，显著提升催化剂的氧气捕获能力和导电能力，提升了催化剂原位产生H₂O₂的性能，最终对水体有机污染物噻虫啉实现高效降解和矿化。

技术领域

本发明属于新型功能材料领域，具体涉及一种具有类血红素结构的 MXene/MOF(Fe)复合光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

光芬顿催化技术作为一种高级氧化技术，由于其简便的操作方式以及高效的净化能力，在水体有机污染物降解领域应用广泛。该技术使用铁基光催化剂与 H₂O₂发生芬顿反应，产生强氧化性的羟基自由基来降解水体有机污染物。然而，传统的光-芬顿反应需要添加数倍于污染物的H₂O₂作为反应助剂，反应过程中残留的H₂O₂极易对水体形成二次污染。为了降低H₂O₂的添加量以减缓二次污染，有研究人员尝试通过溶解氧的双电子还原反应(O₂+2e^-+2H⁺→H₂O₂)原位产生H₂O₂触发芬顿反应。

金属有机骨架(Metal-organic framework,MOF)是一种由金属离子和有机配体通过配位键连接而成的具有周期性孔隙结构的多孔材料。由于其具有比表面积大，高分散的金属位点以及结构可调易修饰等优点，MOF材料已经成为光芬顿催化剂领域的研究热点之一。然而，由于MOF较差的捕氧能力和导电能力，导致其原位产生H₂O₂能力弱，难以实现对水体有机污染物的快速降解和高效矿化。

碳化钛(MXene)是一类具有层状结构的过渡金属碳化物，因其具有类金属的高导电结构和高功函数的特性，可作为一种助催化剂提升半导体光催化剂的导电能力和载流子分离能力，促进活性自由基的快速生成，最终提升半导体光催化剂的催化降解性能。

发明内容

针对MOF材料在光照下原位产生H₂O₂能力差，导致其在零添加H₂O₂环境中降解矿化性能差的关键技术难题，本发明提供了一种类血红素MXene复合 MOF(Fe)光芬顿催化剂的制备方法。该方法具体是采用金属置换的方式将Fe锚点嵌入到MXene骨架结构中，随后通过机械球磨引入原卟啉修饰Fe锚点，得到具有类血红素结构的MXene，最后加入金属源和配体继续水热生长MOF(Fe)，制备出具有类血红素结构的MXene/MOF(Fe)复合光催化剂，该材料可在光照下通过原位产生H₂O₂和光芬顿反应实现对有机污染物的高效降解。

本发明通过以下技术方案实现：

一种具有类血红素结构的MXene/MOF(Fe)复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)Fe锚点修饰MXene的制备：将MXene材料分散在水中，加入抗坏血酸和六水合三氯化铁，超声分散得到悬浮液；将上述悬浮液转移至反应釜中加热反应；反应结束后将反应釜中的沉淀物离心洗涤并干燥，得到Fe锚点修饰的 MXene粉末；