[发明专利]一种CdS量子点/MIL-101(Cr)复合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请属于金属有机骨架材料技术领域。本申请提供一种CdS量子点/MIL‑101(Cr)复合材料及其制备方法和应用。将Cd源通过等体积浸渍法引入至MIL‑101(Cr)的孔道内，再通入纯的H₂S气体匀速引入预先稳定扩散在MIL‑101(Cr)孔道内的Cd²⁺活性位点处，随即在MIL‑101(Cr)孔道里原位生成CdS半导体量子点。制备得到的CdS量子点/MIL‑101(Cr)复合材料将吸附和光催化技术耦合，实现了协同效应，保持一定吸附特性的同时，还能促进底物活化和催化转化、提高催化降解效率，同时具有强稳定性能。

技术领域

本申请属于金属有机骨架材料技术领域，尤其涉及一种CdS量子点/MIL-101(Cr)复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

密闭空间如家庭、办公室和汽车等室内空气污染对人类健康的危害已引起全社会的普遍关注。挥发性有机污染物(VOCs)如甲醛、甲苯和苯是此类污染的主要来源。目前针对这类污染物的净化方法有吸附、生物处理、化学处理、催化氧化和光催化降解等。其中，吸附和光催化降解是比较有效的方法之一。

金属有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOF)是通过金属离子与有机配体的自组装过程形成的一种多维周期性的多孔网状结构材料，因其超高的比表面积和孔隙率，多样可调的表面结构和合成方式成为吸附和催化领域的热门材料。通过吸附可以快速富集污染物，达到净化的目的，但是容易达到饱和而失活，通过脱附再生吸附剂的同时又容易产生二次污染。

光催化剂材料，例如CdS、TiO₂等，利用清洁丰富的太阳能将污染物分解氧化为CO₂和其他低毒小分子，具有清洁高效的优势，但由于颗粒的高聚集特性、光不稳定以及光生电子-空穴对易重组，目前的光催化体系对光不稳定，光生电荷容易复合导致光催化转化效率低，难以快速净化。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种CdS量子点/MIL-101(Cr)复合材料及其制备方法和应用，将吸附和光催化技术耦合，具有催化降解效率高、稳定性强的优点。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种CdS量子点/MIL-101(Cr)复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：采用溶剂热法制备介孔MIL-101(Cr)材料；

S2：将所述介孔MIL-101(Cr)材料真空活化后分散于有机溶剂中，加入Cd盐的饱和水溶液充分搅拌后固液分离，将固体真空干燥得到固体粉末，其中，所述Cd盐的饱和水溶液的体积与所述介孔MIL-101(Cr)材料的孔容相等；

S3：将所述固体粉末平铺在模拟的气固相流化床玻璃反应器中，通入纯的H₂S气体，直到所述固体粉末颜色不再变化，纯化、烘干，得到所述CdS量子点/MIL-101(Cr)复合材料。

本申请中，MIL-101(Cr)是一种基于无机三聚体和对苯二甲酸的超四面体晶体结构材料，即使在高湿度条件下也具有良好的热稳定性和化学稳定性。分子中具有两种笼状孔结构，且本身具有配位不饱和金属Cr(III)位点，不仅可以作为反应的吸附位点，还可提升功能量子点的封装稳固性。将Cd源通过等体积浸渍法引入至MIL-101(Cr)的孔道内，再通入纯的H₂S气体匀速引入预先稳定扩散至MIL-101(Cr)孔道内的Cd²⁺活性位点处，随即在MIL-101(Cr)孔道里生成CdS半导体量子点，避免了传统的液相反应制备CdS半导体过程中Cd²⁺与S^2-比例失调导致的浪费，并且CdS量子点在MIL-101(Cr)孔道中的原位生长也增强了其封装稳定性，避免了CdS先合成后引入存在的位点不均匀、易光腐蚀流失等问题。本申请的制备方法可进行多次连续的再生过程，能耗低、稳定高效。