[发明专利]一种Pt NPs@MOFs光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Pt NPs@MOFs光催化剂及其制备方法与应用。本发明采用原位合成的方法，将回流制备的贵金属纳米颗粒NPs与MOFs前驱体混合，最终制得贵金属限域的MOFs光催化材料。本发明制备的催化材料由于贵金属NPs限域在MOFs内部，显著的缩短了电子转移的距离，抑制电子‑空穴的复合，进而提高光生载流子的分离效率，最终提高其光催化效率。所制备的光催化剂可广泛应用于水污染控制、大气污染控制等领域。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种Pt NPs@MOFs光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

以TiO₂半导体材料为代表的光催化技术可在常温常压下将环境中的污染物降解为无害的CO₂和H₂O而受到研究者的广泛关注。然而用TiO₂光催化材料降解VOCs时仍存在吸附速率低和矿化率不高的问题，已成为制约光催化技术的发展瓶颈。对于VOCs降解而言，首先VOCs分子要被吸附到光催化剂的表面，然后进行氧化还原反应，最后将最终矿化的产物从催化剂表面脱附。然而由于室内VOCs的浓度通常较低，导致TiO₂材料对VOCs的吸附难度增加，极大程度上降低了VOCs的去除效率，同时TiO₂材料也存在光响应范围窄、电子-空穴复合率高、光子利用率低等缺点。

目前针对室内VOCs的去除主要是吸附技术，然而吸附并不能将有机污染物彻底的去除，只是将污染物由一相转移到另一相，如若吸附剂更换不及时，易造成污染物脱附重新进入大气中，而且其也存在需二次处理的缺点。因此，降解VOCs是目前一项重要的环保工作。

金属有机骨架（MOFs）材料是由金属离子和有机配体通过配位作用自组装的一类新型多孔材料，其由于可调的孔结构、较大的比表面积、可功能化和可修饰的框架结构而受到越来越多研究者的关注。这些优良的特性使MOFs在氢气存储、吸附、气体分离、非均相催化等领域具有良好的应用前景。

鉴于此，本发明采用原位合成法，通过将有机配体、金属源以及贵金属源在特定的溶剂中自组装、洗涤及真空干燥的方法得到贵金属限域的MOFs材料。这种具有大的比表面积、高的结晶度和可调孔径结构的MOFs基材料有利于传质、减少扩散阻力、利于反应物的吸附、增加催化剂表面的氧化还原位点、利于光的散射，同时限域在MOFs孔道内的贵金属PtNPs能够缩短电子的传输距离，抑制电子-空穴的复合，进而提高材料的光催化降解VOCs活性。本发明为材料的制备和VOCs的治理提供了新的思路。

发明内容

本发明目的在于克服MOFs材料的光催化活性差，电子转移路径相对较长，进而导致电子-空穴复合率高等缺陷，提供一种尺寸、形貌及结构可控的贵金属限域MOFs光催化剂的制备方法及其应用。所制得的光催化剂较单一MOFs材料的催化活性显著提高。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种Pt NPs@MOFs光催化剂的制备方法，通过有机配体、金属源、有机酸以及贵金属源在特定的溶剂中自组装、洗涤、浸泡、真空干燥等方法制得贵金属限域的MOFs光催化材料。依据贵金属纳米颗粒表面修饰保护剂的静电引力，诱导MOFs优先在金属纳米颗粒周围进行自组装，进而金属纳米颗粒被成功地包覆在MOFs的内部，同时这也可以避免金属纳米颗粒的团聚，促使金属纳米颗粒高分散于MOFs孔道内。所述贵金属限域的MOFs材料缩短电子传输的距离，利用光生电子的分离，进而提高材料的光催化活性。

一种Pt NPs@MOFs光催化剂的制备方法，通过将有机配体、金属源及贵金属源在有机溶液中自组装、洗涤、浸泡及真空干燥的方法制备得到贵金属限域的MOFs光催化材料。

一种Pt NPs@MOFs光催化剂的制备方法，包括以下步骤：