[发明专利]一种二维层状Co-ZIF-9材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种二维层状Co‑ZIF‑9材料的制备方法，以硝酸钴作为钴源，苯并咪唑作为配体，将钴源和配体分散于二甲基甲酰胺溶液中，搅拌混合均匀后加入三嵌段共聚物P123，超声混合后将所得溶液转移至反应器中于100‑150℃反应24‑48h，再以0.4℃/min的降温速率降至室温，然后用二甲基甲酰胺和二氯甲烷溶液反复离心洗涤，最终真空干燥得到二维层状Co‑ZIF‑9材料。本发明制备的二维层状Co‑ZIF‑9材料具有较大的比表面积，这种特定的形貌有利于吸附更多的CO₂气体，暴露更多的活性位点，有效地缩短了电子的传输路径，降低光生电子的复合效率，最终表现出优异的光催化效率。

技术领域

本发明属于光催化材料的制备技术领域，具体涉及一种二维层状Co-ZIF-9材料的制备方法。

背景技术

实现CO₂的高效催化转化是实现我国“碳达峰”、“碳中和”战略目标的重要支撑。特别是实现CO₂向高附加多碳高阶化学品的转化，不仅具有重要的环境意义，同时其经济效益可以进一步推动CO₂催化转化领域的发展。众所周知，二氧化碳稳定性强、化学惰性较大，且不易在催化剂上吸附，使其活化和转化极具挑战性。因此，设计合成高性能光催化材料，是实现CO₂高阶还原的关键因素。

金属有机骨架结构（MOFs）拥有高比表面积和稳定骨架结构，具有良好的热稳定性和化学稳定性，因此，在气体吸附与存储、物相分离、化学传感、催化等领域备受研究者青睐。沸石咪唑酯骨架（ZIFs）材料作为MOFs材料中的一种，在CO₂吸附方面表现出独特的优势。然而常规方法合成的Co-ZIF-9材料多为块状结构且尺寸较大，不仅限制了其对CO₂的吸附能力，在催化过程中也极易造成光生电子的复合，极大地降低催化材料的光催化效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的能够高效催化还原CO₂的二维层状Co-ZIF-9材料的制备方法，该方法合成材料的二维层状结构具有更大的比表面积，有利于提高材料对CO₂的吸附能力，暴露更多的活性位点；同时，二维层状结构有效地缩短了电子的传输路径，从而降低电子-空穴对的复合效率。最终，使得制备的二维层状Co-ZIF-9材料表现出较好的光催化还原CO₂性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种二维层状Co-ZIF-9材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：以硝酸钴作为钴源，以苯并咪唑作为配体，将钴源和配体分散于二甲基甲酰胺溶液中，搅拌混合均匀后加入三嵌段共聚物P123，超声混合后将所得溶液转移至反应器中于100-150℃反应24-48h，再以0.4℃/min的降温速率降至室温，然后用二甲基甲酰胺和二氯甲烷溶液反复离心洗涤，最终真空干燥得到二维层状Co-ZIF-9材料，合成材料的二维层状结构具有更大的比表面积，有利于提高材料对CO₂的吸附能力，暴露更多的活性位点，且二维层状结构有效地缩短了电子的传输路径，从而降低电子-空穴对的复合效率，进而使得制备的二维层状Co-ZIF-9材料表现出较好的光催化还原CO₂的性能。

进一步限定，所述硝酸钴、苯并咪唑与三嵌段共聚物P123的投料质量比为0.21:0.06:0.1-0.4。

进一步限定，所述超声混合过程中超声混合时间为1-4h。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明制备的二维层状Co-ZIF-9材料具有较大的比表面积，这种特定的形貌有利于吸附更多的CO₂气体，暴露更多的活性位点，有效地缩短了电子的传输路径，降低光生电子的复合效率，最终表现出优异的光催化效率。

附图说明