[发明专利]一种Fc-MOF复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种Fc‑MOF复合材料及其制备方法和应用，(1)在DMF/甲醇混合溶液中加入钛酸丁酯、2‑氨基对苯二甲酸和二茂铁甲酸，用一锅法制备Fc/NH₂‑MIL‑125，经离心、洗涤、烘干和研磨处理得到Fc/NH₂‑MIL‑125粉末；室温下，在浓硫酸和硝酸的混合溶液中分散浸泡处理块状g‑C₃N₄，然后将混合物用去离子水稀释并洗涤数次至中性，经分离、烘干、研磨后得pCN；(2)将Fc/NH₂‑MIL‑125粉末与pCN按配比混合，经球磨得pCN/Fc/NH₂‑MIL‑125。本发明制备方法简单安全，复合材料有很高的可见光响应能力，且作为光催化剂用于废水处理具有良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及可见光催化技术领域，具体涉及一种Fc-MOF复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

六价铬(Cr(VI))是水环境中一种常见的重金属污染物，它广泛产生于电镀、皮革鞣制、印刷等行业。即使在相对较低的浓度下，由于Cr(VI)的高毒性、致癌性和通过食物链的生物富集作用，Cr(VI)仍会对人体造成很大危害。但较低价态的三价铬(Cr(III))对环境友好，也是人体所需的一种微量元素，故将Cr(VI)还原成Cr(III)被认为是处理含Cr(VI)废水的有效策略。

光催化的原理是在光照下，光催化剂吸收能量，激发电子跃迁，形成光生电子-空穴对，直接或间接作用于环境污染物。以TiO₂等半导体氧化物为代表的光催化材料，存在对太阳光吸收能力有限以及光生载流子易复合等不足，且传统半导体氧化物可调控性有限，急需发展调变性强的光催化材料。

发明内容

由于具有独特的性能，由金属离子或簇中心和有机配体构成的金属有机框架(MOFs)成为一类新兴的多孔材料，已在许多领域得到应用。由于其类半导体特性和良好的可设计性，MOFs具有在光催化领域的前景，然而，MOFs的低稳定性、有限的催化活性位点、较差的光学、电化学活性显著阻碍了它们在光催化领域的应用。为了满足各种特定需求，原始MOFs通常需要进一步改性，在保持原有拓扑结构的同时，表现出更为优异的性能。二茂铁(Ferrocene，Fc)是最典型的具有三明治结构的过渡金属有机化合物之一，它由一个中心铁原子与两个相对两侧的环戊二烯基(Cp)环相连，可以吸收约320和440nm的紫外/可见光(UV/vis)，在低电位下可以氧化成二茂铁盐，具备独特的光学和电化学双重活性。

本发明提供一种pCN/Fc/NH₂-MIL-125复合材料的制备方法，用一锅法将NH₂-MIL-125前驱体中部分配体(2-ATA)替换为二茂铁甲酸(FcCOOH)，制备了Fc/NH₂-MIL-125。首先，二茂铁组分可作为高效的电子传输介质和光活性物质，提高原NH₂-MIL-125对光的捕集和光生电荷的传输；其次，二茂铁甲酸代替配体，可形成与类似混合配体的结构，形成整体良好的电子传输能力。

一种pCN/Fc/NH₂-MIL-125复合材料的制备方法，包括：

(1)在DMF/甲醇混合溶液中加入钛酸丁酯、2-氨基对苯二甲酸和二茂铁甲酸，用一锅法制备Fc/NH₂-MIL-125，经离心、洗涤、烘干和研磨处理得到Fc/NH₂-MIL-125粉末；

室温下，在浓硫酸和硝酸的混合溶液中分散浸泡处理块状g-C₃N₄一定时间，然后将混合物用去离子水稀释并洗涤数次至中性，经分离、烘干、研磨后得到的白色粉末，记为pCN；

(2)将Fc/NH₂-MIL-125粉末与pCN按配比混合，经球磨得pCN/Fc/NH₂-MIL-125。