[发明专利]一种能光催化裂解水的金属有机框架材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种能光催化裂解水的金属有机框架材料的制备方法及其制备的金属有机框架材料。其技术方案为：将有机配体中含氨基的MOFs分散在溶剂中，加入过渡金属的可溶性盐，搅拌均匀，反应90‑100h，过滤，洗涤，干燥，即得。本发明利用金属有机框架材料中有机配体含有的氨基易和金属离子配位的特性，将具有催化活性的过渡金属离子以单原子分散的形式引入到MOFs体系中，实现了在没有任何牺牲剂存在的情况下，光催化裂解水同时产氢产氧。本发明制备方法简单，反应原料来源广泛，实验步骤易于操作，具有普适性和潜在设计研究前景，并可批量化生产。

技术领域

本发明涉及金属有机框架材料制备技术领域，特别是涉及一种能光催化裂解水的金属有机框架材料及其制备方法。

背景技术

氢气是一种无碳的绿色清洁能源。近年来，随着能源短缺和环境污染问题的日益严重，光催化裂解水制氢引起了越来越多的重视。但是目前为止，大部分的研究主要集中于在牺牲剂存在的情况下，光解水产氢或产氧的半反应上。并且大部分的光催化剂都是复合物。一般来说，助催化剂因为能降低光催化反应的过电位和促进反应过程中载流子的分离，被广泛用于光解水领域。

金属有机框架材料(MOFs)由金属离子和有机配体组成，两者通过羧基，羟基，磺酸基，巯基，或氮等基团相连接，形成一维，二维或三维的无限网状框架结构。MOFs结构中的金属簇被认为可以扮演半导体量子点的角色，同时其有机配体基于“天线效应”，在光激发条件下用来活化这些金属簇，从而使得MOFs成为可能的光催化剂，并用于光催化反应。

近年来出现了越来越多的MOFs作为光催化剂用于分解水的相关研究。例如，有些MOFs表现出半导体的性质，被用来光催化还原水产氢(如UiO-66)或产氧(MIL-101(Cr)和一系列铋系MOFs)。但是，上述的MOFs在光催化裂解水时仅限于光解水产氢或产氧的半反应，迄今为止，还没有发现将MOFs用于光催化裂解水同时产生化学计量比的氢气和氧气的报道。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能光催化裂解水的金属有机框架材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种能光催化裂解水的金属有机框架材料的制备方法，步骤如下：

将有机配体中含氨基的MOFs分散在溶剂中，加入过渡金属的可溶性盐，搅拌均匀，反应90-100h，过滤，洗涤，干燥，即得。

上述制备方法中，所述有机配体中含氨基的MOFs与过渡金属的可溶性盐加入的摩尔比为1：(0.1-0.3)；优选为1：0.2。

上述制备方法中，所述有机配体中含氨基的MOFs优选为由铝和2-氨基对苯二甲酸组成的MOFs(Al-ATA)。

进一步优选的，所述Al-ATA的制备方法为：将硝酸铝溶于N,N-二甲基甲酰胺中，再加入2-氨基对苯二甲酸并搅拌30min，最后转入聚四氟乙烯反应釜中110℃反应48h，制得Al-ATA。

上述制备方法中，所述溶剂优选为去离子水。

优选的，上述制备方法中，所述过渡金属的可溶性盐为镍盐；优选为硝酸镍、氯化镍或硫酸镍；进一步优选为硝酸镍。

上述制备方法中，反应的温度优选为室温，反应时间优选为96h。

本发明的第二方面，提供上述方法制备的金属有机框架材料。

在本发明的一个具体实施方式中，所制备的金属有机框架材料为Al-ATA-Ni。

本发明的第三方面，提供上述金属有机框架材料在光催化裂解水中的应用。

进一步的，本发明还提供上述金属有机框架材料在光催化裂解水同时产生化学计量比的氢气和氧气中的应用。