[发明专利]一种THFB-COF-1-Zn/Nafion复合材料的制备及光催化二氧化碳还原

说明书

本发明涉及一种THFB‑COF‑1‑Zn/Nafion复合材料的制备及光催化二氧化碳还原。本发明提供一种新型THFB‑COF‑1‑Zn/Nafion复合材料，解决传统COF材料因光生载流子易复合而造成的低电子传递效率以及较差的光催化二氧化碳还原效率问题。本发明将THFB‑COF‑1‑Zn溶于丙酮中超声30min，使其分散均匀。然后将Nafion加入并继续超声搅拌复合，将其过滤，自然风干，得到THFB‑COF‑1‑Zn/Nafion复合材料。本发明制备过程简单，且具有较高的材料复合效率。本发明提供的复合材料相比于传统COF材料具有更优异的光催化二氧化碳还原活性，其二氧化碳还原产HCOO^‑可达到160.2μmol·g^‑1·h^‑1，是THFB‑COF‑1‑Zn材料的9.52倍。

技术领域

本发明涉及一种THFB-COF-1-Zn/Nafion复合材料的制备及光催化二氧化碳还原。

背景技术

随着全球工业的高速发展，人类对化石能源的依赖以及需求与日俱增。然而，化石燃料的过度消耗使大气中的二氧化碳浓度迅速递增并引发了严峻的能源危机。为了解决这一问题，开发清洁和可再生能源迫在眉睫，二氧化碳的固定与转换无疑是一种理想的解决途径。传统上的二氧化碳转换技术一般有生物催化、热催化、电催化及光催化等。因为反应条件温和、无需消耗二次能源等优势，通过太阳能将二氧化碳转换为清洁燃料或其他高附加值化学品的光催化技术是目前将二氧化碳固定与转换的有效途径。现今，大量的研究表明，碳材料、金属硫化物以及高分子聚合物等材料，均可用于二氧化碳的固定和转换。然而，在光催化二氧化碳还原的过程中光生载流子通常具有很高的复合效率，进而导致了这些材料的二氧化碳还原效率仍处于一个较低的水平。因此，开发一种新型、稳定、高效的光催化剂仍然是该领域的关键。

共价有机骨架材料(COF)是一种通过强共价键连接的结晶性多孔骨架，由于他们具有结构多样性，良好的可见光吸收能力以及优异的电子传输能力，使其在储能、电化学以及光催化等多个领域展现出了极具潜力的应用前景。近几年，共价有机骨架材料通过吸收太阳光并产生光生电子，进而可以将其应用于光催化二氧化碳还原引起了国内外研究者的广泛关注。但是，现有的共价有机骨架材料光催化二氧化碳还原效率低，远不能达到人类的需求。为了解决这一问题，研究者大都通过构筑异质结以抑制光生载流子的复合，进而提高光催化二氧化碳还原能力。但是，较低的二氧化碳还原效率以及产物的单一严重限制了二氧化碳的固定与转换。因此，研制一种高效的二氧化碳还原的材料成为了研究热点。

发明内容

本发明的目的是要解决现有传统复合材料光催化二氧化碳还原效率不高的问题，而提供一种THFB-COF-1-Zn/Nafion复合材料的制备方法及光催化二氧化碳还原应用。

本发明的一种THFB-COF-1-Zn/Nafion复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：

(1)将THFB-COF-1-Zn和丙酮依次加入到25mL烧杯中并密封，超声分散后静置36h，期间多次更换丙酮(每天三次)，随后过滤并在真空干燥烘干得THFB-COF-1-Zn固体粉末，以备后续使用；

(2)将5wt％Nafion和丙酮依次加入10mL烧杯中，在超声频率为40KHz的条件下超声处理30～40min使其分散均匀，得到混合溶液待用；

(3)将步骤(1)中得到的THFB-COF-1-Zn固体粉末加入到步骤(2)中得到的混合溶液中，并继续超声分散均匀，最后将其置于真空干燥箱烘干，得到THFB-COF-1-Zn/Nafion复合材料；

步骤(1)中称取THFB-COF-1-Zn质量为21.0mg～180.0mg，丙酮的体积为3.0mL～24.0mL；

步骤(2)中称取体积比为1:50～1:100的5wt％Nafion和丙酮置于烧杯中；

步骤(2)中超声处理温度保持在25～40℃；

步骤(3)中真空干燥箱温度为30～50℃，反应时间为60min。

本发明的有益效果为：