[发明专利]MOF-TiO2

说明书

本发明公开了一种MOF‑TiO₂/石墨烯量子点纳米复合光催化剂的制备方法。本发明方法由PTA与金属盐Cr(NO₃)₃·9H₂O先水热法制得MOF材料，再利用ALD原子层沉积系统在MOF限域内填充TiO₂，然后啊利用葡萄糖水热法反应制得石墨烯量子点溶液，再对石墨烯量子点溶液还原处理。最后将MOF‑TiO₂与处理后的石墨烯量子点溶液混合，常温搅拌制得MOF‑TiO₂/石墨烯量子点纳米复合光催化剂。本发明方法制备的复合光催化剂，具有良好的光催化活性，具有高比面积，拥有高密度的催化活性中心，显著提高对光的利用效率。而且本发明的合成方法具有条件温和、纯度好等特点，适合于工业上的大规模生产应用。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种MOF-TiO₂/石墨烯量子点纳米复合光催化剂的制备方法。

背景技术

随着人类活动的不断扩大，二氧化碳(CO₂)过量排放问题在全世界范围内已经变得愈发严重。金属－有机框架(MOFs)材料，是一种由有机连接物和金属节点(金属离子或团簇)构成的多孔无机－有机杂化晶态材料，具有如高比表面积、均一可调的多孔结构和高密度金属位点等诸多特性。基于MOFs制备光催化材料，将CO₂通过光催化还原的方式转化为其他具有可利用价值的化学品是解决目前环境问题的绿色可持续方式之一。其中，MOF是通过有机分子以配位键的形式连接金属团簇形成的二维或三维的具有周期性多孔结构，属于配位网络的一种。由于其结构呈周期性排列，使得MOF材料成为一种晶体材料。因MOF是以不同金属位点和不同有机分子配位形成的杂化框架结构，使得MOF具有很多优异性能：

(1)由于MOF内部金属团簇的存在，使得MOF材料无需掺杂其它催化活性位点便具有出色的催化性能。MOF家族中存在大量可以通过吸收光能和电能进行能级跃迁的金属团簇，使得MOF被广泛用作光催化及电催化材料；

(2)由于大部分MOF材料具有超高的比表面积，在物理吸附能力上远超其它材料，使得MOF及其衍生材料具有良好的反应能力和气体吸附能力；

(3)通过采用不同的有机分子桥联，可以调控MOF材料单晶结构内部空间以及外部孔隙的尺寸，实现对分子筛选能力的调控；

(4)由于长链配体分子存在柔性，使得MOF材料骨架可以轻微变形，利用这个性质可以控制不同分子的吸脱附时间来筛选不同分子；

(5)配体分子可以配备不同的官能团，使得MOF材料可以根据调控官能团来改变元素组成。

碳材料各种形式广泛存在，其中碳纳米管、富勒烯、石墨烯和碳量子点因具有独特的孔结构、电子结构以及优异的电子接受和传输性能被广泛应用在光电器件、生物医学以及光催化等领域。研究发现，作为有效的电子受体如碳纳米管和石墨烯，这些碳材料提供了sp2键合结构，该结构可以接受被光子激发产生的光生载流子，这意味着更长的载流子寿命，即光生电子-空穴复合被抑制。碳纳米管具有很高的电子存储容量(每32个碳原子可储存一个电子)，这些存储的电子可以使用另一个电子受体按需放。因此当与被光辐照的TiO₂纳米颗粒接触时，碳纳米管可以接受并存储电子，从而延缓或阻碍光生电子-空穴对复合。同时，由于TiO₂和碳纳米管之间的电荷平衡，复合材料的费米能级将低于TiO₂，从而降低整个还原过程所需的驱动力。因此，上述碳材料通常被用来有效提高TiO₂对可见光的吸收率以及促进TiO₂中光生载流子的分离和转移。

发明内容

本发明的目的就是提供一种MOF-TiO₂/石墨烯量子点纳米复合光催化剂的制备方法。