[发明专利]一种高效介孔氧化锌光催化剂的制备方法

说明书

本发明提供一种高效介孔氧化锌光催化剂的制备方法，其以对苯二甲酸、N,N‑二甲基甲酰胺、纤维素纳米晶与钛酸正丁酯为原料，以制得改性MOF‑Ti粉末；并利用改性MOF‑Ti粉末为模板制得的氧化锌光催化剂，其对环境友好，在拓宽了氧化锌光催化剂制备途径的同时，不仅具有高比表面积、高孔容、高效介孔的特征，而且光催化活性高，即显示出较好的光催化性能；此外，还具有制备工艺简单的特点。

【技术领域】

本发明涉及一种光催化剂的制备方法，具体涉及一种高效介孔氧化锌光催化剂的制备方法。

【背景技术】

随着全球经济的迅速发展和资源的过度开发，可供人类使用的化石能源越来越少，能源问题日益严峻，生态平衡遭到严重破坏，人类的生存环境日益恶化。因此治理环境污染，开发新型清洁能源和实现经济的可持续发展，已经成为人类社会亟待解决的共同问题。半导体光催化技术可直接将光能转化为化学能，促进化合物的合成和降解，具有能耗低、效率高、无二次污染并可重复使用等优点，已成为众多科研领域广泛关注和研究的热点。而氧化锌(ZnO)化学性质稳定、光照后不易发生光腐蚀、成本低廉、光催化反应活性高且对生物无毒，被公认为是当前最有应用潜力的一种半导体光催化剂，在过去的几十年中得到了迅速的发展，广泛应用于污水处理、空气净化、自清洁建筑材料、太阳能电池、传感器等方面。

大量研究表明，ZnO光催化活性与晶型结构、几何尺寸、比表面积等息息相关，因此，采用适当的方法实现ZnO晶体结构、形貌和晶粒尺寸的可控制备是十分必要的。而目前氧化锌光催化材料即氧化锌光催化剂主要是水热法、溶胶凝胶法制备的，所制得的氧化锌光催化剂存在着比表面积和孔容较小、光催化活性低的问题。

模板法制备纳米材料于20世纪90年代初期已经提出，模板法的原理是利用模板自身的微结构对空间的限域作用，对所合成材料的尺寸、结构、形貌进行有效调控，从而获得理想结构的材料，最后通过化学腐蚀或烧结等方法去除模板，获得所需的微结构。经过20多年的探索与研究，模板法取得了长足的发展。模板的种类从起初单一的多孔阳极氧化铝扩展到有机表面活性剂、嵌段共聚物、天然高分子聚合物等，合成方法也更加多样化。无机类硬模板和有机合成类软模板由于原料昂贵、制备程序复杂、溶剂无法实现回收等问题受到限制，而金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，简称MOFs)作为模板来源广泛、易于化学改性，制备金属氧化物具有潜在的优势。且由于金属-有机骨架材料(MOFs)是由金属中心和有机配体形成的一类新型多孔配位化合物，具有较高的比表面积、可调控的结构性质，被广泛应用于吸附、储氢、催化等领域。

但目前还未见采用金属-有机骨架材料(MOFs)作为模板来制备氧化锌光催化剂的相关报道。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高效介孔氧化锌光催化剂的制备方法，在拓宽了氧化锌光催化剂制备途径的同时，不仅具有高比表面积、高孔容、高效介孔的特征，而且光催化活性高。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种高效介孔氧化锌光催化剂的制备方法，该制备方法包括如下具体操作步骤：

(1)、改性MOF-Ti粉末的制备：称取对苯二甲酸，溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，接着依次加入纤维素纳米晶与钛酸正丁酯，且使得纤维素纳米晶占对苯二甲酸和钛酸正丁酯总质量的1-5％，对苯二甲酸与钛酸正丁酯的摩尔比为4:1，于25℃下搅拌30-60min；之后转移至聚四氟乙烯反应釜中，在120-180℃下反应24-48小时，然后冷却到25℃后，离心洗涤以获得MOF-Ti的粗产品，最后真空干燥得到白色固体粉末即改性MOF-Ti粉末，置于干燥器中保存，待用；