[发明专利]一种原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)-水杨醛亚胺基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)‑水杨醛亚胺基催化剂及其制备方法和应用。本发明的制备方法包括以下步骤：将NH₂‑MIL‑68(In)@In₂S₃的醇溶液与水杨醛以固液比(mg/μL)为(2～20):(1～2)混合后在80～120℃条件下反应18～30h，纯化干燥后即获得水杨醛‑NH₂‑MIL‑68(In)@In₂S₃；然后将其与二价钴盐以质量比为(4～10):(1～3)混合均匀，在室温条件下反应12～36h，纯化干燥后即获得原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)‑水杨醛亚胺基催化剂。该催化剂能够有效抑制光生电子与空穴的复合，从而延长电子和空穴寿命，增大电子浓度，使得所制得催化剂具备良好的电荷转移效率，用于光催化甲酸制氢时具备优异的催化活性和催化稳定性。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，更具体地，涉及一种原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)-水杨醛亚胺基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢气作为一种有希望替代传统化石能源的可持续、良性能源，因其能量密度高、无毒、地球资源丰富、能源效率高而备受关注。然而，高效低成本的安全储存、处理以及氢气的分配和快速释放等挑战限制了氢能源在工业和学术界的利用。而甲酸(HCOOH)作为一种独特的液态有机氢载体，具备良好的H₂容量(4.4wt％，53.4g/L)和低毒性，可在常温下为燃料电池提供直接使用的原位供氢。甲酸一般通过脱氢反应和脱水反应进行分解，但脱水反应过程在热力学上更不利，且所产生的CO对催化剂甚至燃料电池均有毒性。相较之下，脱氢反应所产生的CO₂则无毒副作用，还可以使用其他催化剂生成高附加值化学品(HCOOH、CH₃OH、C₂H₅OH、CH₄、C₂H₄等)，可以实现所需的碳循环反应。

相较于其他的能源转化形式，利用太阳能分解甲酸制备H₂是目前研究最热的新型能源转化形式之一。但是，用于光催化FA分解产生H₂的光催化剂存在光腐蚀、太阳能利用率及光生电荷分离效率低等缺点仍需要改进。例如，现有技术公开了一种NH₂-MIL-68半导体光催化剂，该催化剂具备良好的化学稳定性、高孔隙度结构及系统内可自由调节功能，但其存在光生电荷分离效率和载流子转移效率差而导致催化活性较低的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有光催化剂因光生电荷分离效率和载流子转移效率低而其导致催化活性低的缺陷和不足，提供一种原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)-水杨醛亚胺基催化剂的制备方法，以NH₂-MIL-68(In)金属有机框架为基体，通过半硫化原位构建同源异质结，并接枝水杨醛，在保持其高度有序多孔结构的同时以水杨醛亚胺锚定金属活性位点，与异质结共同作用促进光生电荷分离、载流子迁移，进而提高催化剂的催化活性。

本发明的另一目的是提供一种原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)-水杨醛亚胺基催化剂。

本发明的又一目的是提供上述原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)-水杨醛亚胺基催化剂在光催化甲酸制氢中的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种原位衍生MOF异质结稳定的Co(II)-水杨醛亚胺基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将NH₂-MIL-68(In)@In₂S₃的醇溶液与水杨醛混合后在80～120℃条件下反应18～30h，纯化干燥后即获得水杨醛-NH₂-MIL-68(In)@In₂S₃；