[发明专利]一种基于卟啉金属有机框架与三元硫化物的纳米复合材料的制备及应用

说明书

本发明提供了一种基于三元硫化物ZnIn₂S₄和卟啉MOFs的纳米复合材料ZnIn₂S₄@PCN‑224，是将活化的PCN‑224先分散到N,N‑二甲基甲酰胺‑甘油混合溶液中，再将ZnCl₂，InCl₃·4H₂O和TAA加入其中，搅拌0.5~1.5h；混合悬浮液在160~200℃保温处理8~12h，冷却至室温，所得固体产物用蒸馏水和乙醇洗涤，离心分离沉淀，干燥，得到固体粉末即为ZnIn₂S₄@PCN‑224。本发明通过溶剂热法将ZnIn₂S₄负载到卟啉金属有机框架PCN‑224上，一方面可以很好的吸附有机污染物，另一方面显著提高了光生电子和空穴的分离效率，光催化产氢活性显著提高。

技术领域

本发明涉及一种基于卟啉金属有机框架复合材料的制备，尤其涉及一种三元硫化物ZnIn₂S₄与卟啉MOFs偶联制成的纳米复合材料ZnIn₂S₄@PCN-224的方法，本发明同时还涉及ZnIn₂S₄@PCN-224纳米复合材料吸附有机污染物的性能和在可见光下产氢性能。

背景技术

近年来，水污染问题日益严峻。染料废水由于具有色度高、毒性大、难降解等特点，对环境和人类健康的影响都非常大。因此，染料废水的处理成为当下热门的研究课题。染料废水的处理方法有很多，其中物理吸附法由于具有操作简便、去除效率高等特点，成为最常用的处理染料的方法。活性炭是最常用的吸附剂，但是其最大缺点是难以再生。MOFs具有超微密度、结构离散有序、表面积大、合成简单、热稳定性好等优点，适合于物理及化学方面的应用。随着越来越多的MOFs材料被合成，MOFs处理染料废水的研究也屡见报道。

金属-有机框架材料（mental-organic frameworks，MOFs）是由金属离子和有机配体组装形成的一种新型的多孔有机-无机杂化材料，具有可调的结构特性和功能。金属-有机框架材料具有多孔性、较大的比表面积、结构和功能多样、较高的热稳定性和机械稳定性以及良好的光电性质。PCN-224是近年来研究较多的一种具有一维孔道结构的三维卟啉MOFs材料。它由Zr₆团簇与四羧基卟啉分子通过配位键连接形成。PCN-224的卟啉中心可以结合不同种类的过渡金属，也可以不含任何金属。一般的MOFs要么整体带正电荷，要么整体带负电荷，这限制了染料吸附的种类。然而卟啉MOFs材料PCN-224既可以吸附阳离子染料，又可以吸附阴离子染料，为吸附阴、阳离子染料提供了必要条件，这是一般的MOFs材料无法实现的。除此之外，含铁的卟啉金属-有机框架PCN-224（Fe）在加入H₂O₂ 的条件下也可以使染料褪色。这说明PCN-224作为一种卟啉MOFs，不但可以通过物理吸附去除染料，还可以作为催化剂来氧化染料，彻底破坏染料的发色基团。

除此之外，由于全球能源危机和环境污染问题愈发严重，利用太阳能进行光催化分解水产氢受到越来越多的关注。到目前为止，包括金属氧化物、硫化物、氮氧化物和无金属半导体在内的各种半导体材料已被用于光催化产氢。在所有已经报道的光催化剂中，金属硫化物由于其在可见光区域的强吸收而被认为是光催化产氢的最佳候选物。ZnIn₂S₄属于三元硫化物，具有与可见光吸收相对应的合适的带隙，它表现出两种不同的晶型，并且具有很好的化学稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PCN-224和三元硫化物ZnIn₂S₄的纳米复合材料ZnIn₂S₄@PCN-224的制备方法；