[发明专利]一种钙钛矿-MOFs复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钙钛矿‑MOFs复合光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化技术领域。包括金属‑有机框架(MOFs)材料PCN‑222和负载在所述MOFs表面和内部的CsPbBr₃钙钛矿量子点。本发明通过PCN‑222和CsPbBr₃量子点形成合理的异质结构，PCN‑222作为吸附区可有效捕获CO₂分子；钙钛矿量子点作为光吸收区，既可以增强催化剂对可见光的响应范围，还能够将光生电子快速地传递至PCN‑222表面，有效抑制电子‑空穴复合，提高催化活性；PCN‑222还可以保护钙钛矿来增强催化剂的稳定性。本发明有望为实现新一代高效稳定且具有普适性的可见光催化剂提供新思路，推动CO₂的资源化利用。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种钙钛矿-MOFs复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着化石燃料的大量燃烧，二氧化碳的含量逐年增高，进而引发温室效应和海平面上升等问题。如果把二氧化碳转化为高附加值的产品，既可以缓解温室效应，又能够缓解能源短缺问题。目前，转化二氧化碳的方法主要包括热催化、电催化和光催化。光催化与前两种催化方式相比，利用的是太阳能，更符合绿色能源的原则。为了提高二氧化碳的转化效率，需要找到合适的光催化剂。

目前用于还原二氧化碳的光催化剂主要有传统的贵金属(铂，钯，金等)、有机染料光敏剂和半导体材料(氧化钨，氧化钛，氧化锌等)。但它们或者造价昂贵，或者受限于二氧化碳吸附和活化困难、光吸收范围窄、光生电子和空穴复合率高、稳定性差等因素的困扰，导致二氧化碳的催化效果并不乐观。此外，大多数催化剂必须要在紫外光照射下才有催化活性，鉴于太阳光中紫外光只占5％左右，而可见光约占50％，为了更大程度上利用太阳能以提高催化效率，发展新型、高效、价廉的可见光催化剂既充满挑战又意义重大。

卤素钙钛矿具有较强的光吸收和载流子迁移能力等优异特性，可以极大提高对可见光的利用率，使其成为最具潜力的新型光催化剂。但卤素钙钛矿催化剂还存在稳定性低、对二氧化碳吸附性差和活性位点少等问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钙钛矿-MOFs复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的钙钛矿-MOFs复合光催化剂在光催化CO₂还原反应中表现出优异的催化活性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钙钛矿-MOFs复合光催化剂，包括金属-有机框架材料PCN-222和负载在所述金属-有机框架材料PCN-222表面和内部的钙钛矿CsPbBr₃量子点。

优选地，所述钙钛矿-MOFs复合光催化剂中钙钛矿CsPbBr₃量子点的质量分数为1％～15％。

优选地，所述钙钛矿CsPbBr₃量子点的粒径为5～10nm。

优选地，所述金属-有机框架材料PCN-222的长度为2～200μm，宽度为0.1～20μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的钙钛矿-MOFs复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将钙钛矿CsPbBr₃量子点、金属-有机框架材料PCN-222和溶剂混合后干燥，得到所述钙钛矿-MOFs复合光催化剂。

优选地，所述混合为超声处理，所述超声处理的时间为0.5～2h，功率为150～400W。

优选地，所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的温度为室温～60℃，时间为4～12h。

优选地，所述钙钛矿CsPbBr₃量子点由包括以下步骤的方法得到：