[发明专利]具有可见光催化降解性能的CuCd-MOF/GO-x复合材料及其制备和应用

说明书

本发明公开一种具有可见光催化降解性能的CuCd‑MOF/GO‑x复合材料及其制备和应用，其由CuCd‑MOF与GO通过氢键结合而成，0x10；CuCd‑MOF的化学表达式为{[Cusubgt;2/subgt;Cdsubgt;2/subgt;(pmida)subgt;2/subgt;(Hsubgt;2/subgt;O)subgt;7/subgt;]·3Hsubgt;2/subgt;O}subgt;n/subgt;，其是以Hsubgt;4/subgt;pmida为配体且含有Cu、Cd离子的金属有机骨架材料；CuCd‑MOF的每个不对称单元含有2个去质子化的有机配体pmidasupgt;4—/supgt;、2个铜离子、2个镉离子、7个配位水分子和3个晶格水分子。该复合材料的制备方法简单，结构稳定，在可见光照射下，可光催化降解MB、CR、MO、RhB和LEV等染料，可循环使用，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种可见光催化降解有机染料的CuCd-MOF/GO-x复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

水污染问题已成为全世界不得不面对的显著社会问题，严重影响着人类的可持续发展。处理水污染的传统方法有化学氧化法、混凝沉降法、物理吸附法、微生物分解法、电催化法等，这些方法虽具有一定的处理功效，但大都存在着投入大、耗时、耗能、处理工艺复杂且降解不够彻底的不足，且容易引起二次污染问题，不能完全满足现代社会的环境保护需求。

光催化是一种基于原位生成反应性很强的过渡性物质的降解方法，相对于其它传统的物理化学方法而言，光催化具有处理效率高、无二次污染等优点，在水污染处理领域备受青睐。

近年来，科研人员探索了大量无机半导体光催化材料(如TiO₂、CdS、ZnO等)在有机污染物降解方面的应用，但是这类催化材料大部分只能在紫外光条件下降解有机污染物，而紫外光只占太阳光的4％左右。电子空穴对不可避免的光腐蚀、严重的聚集和瞬时复合问题显著地限制了传统半导体作为光催化剂的应用。因此，探索新的、高效的、具有可见光催化性能的催化剂以进一步解决有机污染问题显然是具有重大意义的。

金属有机骨架材料(MOFs)因具有超常的比表面积、丰富的孔隙率、高结晶度和有序的结构，并且可以通过调节配体结构和金属离子来可控调节MOF材料的性能等特点，在光催化领域方面的应用也越来越受到关注。配位聚合物作为一种新型的多功能材料，具有可调性和可设计性的优势，它的结构可通过选择不同的有机连接剂、金属中心/金属团簇以及反应条件来控制。因此其在吸附、催化、光电器件和气体储存分离等领域均引起了广泛的关注。由于其丰富的金属节点和有机桥联剂，以及合成的可控性，很容易构建具有可调节的吸光性质的配位聚合物，从而为有机污染物的降解提供理想的光催化材料。

王雅等人(印染，2019，11，17-42)报道过一篇双功能Cu-MOF对染料的物理吸附及光化学降解的文章，采用双(3，5-二羧基苯基)对苯二甲酰胺(H₄BDPT)与Cu(NO₃)₂·H₂O在溶剂热条件下反应，合成出了基于Cu—O节点的金属-有机骨架(MOFs)材料Cu-H₄L，并将其用于水中的亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)的物理吸附和可见光催化降解。不过，Cu-H₄L虽具有可见光催化降解性能，但是降解效率较低，在300min内对MB的吸附效率仅有85.9％，在5h内方能实现RhB染料的高效降解，且该文献中只阐述了Cu-H₄L可用于MB和RhB的降解，该催化剂是否具有广谱降解效果也不清楚。

与其他配体的MOFs相比，基于有机膦酸配体的MOFs表现出很高的热稳定性和耐酸碱稳定性。N-(膦酰基甲基)亚氨基二乙酸(H₄pmida)作为有机配体，由于它包含氮和磷等杂原子，能提供多个具有柔性配位特性的配位点，可形成二维层状结构，从而实现催化中心和快速的电子运动，同时氮、磷杂原子可以调节光催化剂能带，增强光催化性能。因此，如能将有机膦酸配体用于光催化降解有机染料的催化剂的制备将有望显著提高催化降解效率。