[发明专利]一种二维多级孔双金属MOF光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维多级孔双金属MOF光催化剂及其制备方法，该催化剂具有二维纳米片层和多级孔结构，其表示为MFeMOF，其中，M=Cu，Co或Ni，配体为2,3,6,7,10,11‑六羟基苯并菲；所述催化剂的制备方法为：将硼氢化钠还原法得到的双金属氧化物纳米片与2，5‑二羟基对苯二甲酸通过拓扑转变获得二维多级孔双金属MOF光催化剂。本发明制备的催化剂可应用于常温可见光光催化CO₂转化。在不加光敏剂和电子供体的常温气固反应条件下，具有催化活性高，循环稳定性强等特点。

技术领域

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法，尤其涉及一种二维多级孔双金属MOF光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化、电催化和热催化还原CO₂是解决环境问题和能源危机最有希望的策略。高效的催化剂和足够的能量对于直线型CO₂分子的活化和转化是至关重要的。其中，通过利用太阳能和光催化剂，在H₂O参与下实现太阳能向化学能的转变是CO₂还原产生高附加值化学品的终极目标。

金属有机框架(MOF)是由金属离子和有机配体自组装形成的周期性网络的多孔结构。MOFs因其大的比表面积、可调节的孔结构和功能可调性而广泛应用于光催化等领域。然而，块状MOFs也存在一些缺点，由于有机配体和金属节点的紧密结合和刚性共轭，MOFs会在催化剂表面产生光生载流子分离和扩散过程，从而将电子从配体转移到金属节点。然而，由于它们的无方向转移很容易复合，因此该过程可以停止，这不利于光催化。此外，块状MOFs的金属利用率低，离子扩散能力较差。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种具有高光催化CO₂还原活性的二维多级孔双金属MOF光催化剂；本发明的另一目的在于提供一种所述二维多级孔双金属MOF光催化剂的制备方法；本发明的另一目的在于提供一种所述二维多级孔双金属MOF光催化剂在可见光光催化CO₂转化中的应用。

技术方案：本发明所述的二维多级孔双金属MOF光催化剂，该催化剂具有二维纳米片层和多级孔结构，其表示为MFe MOF，其中，M＝Cu，Co或Ni，配体为2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲。二维MOFs具有高纵横比，厚度小，横向面积大等典型特征。将MOFs材料的厚度减小到原子尺度，可以抑制电子-空穴复合并加速电荷转换，不仅有利于光的吸收，而且易于产生缺陷和配位不饱和位点，增加活性位点的暴露，并调节局域电子结构。

所述二维多级孔双金属MOF光催化剂的制备方法，包括将硼氢化钠还原法得到的双金属氧化物纳米片与2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲通过拓扑转变获得二维多级孔双金属MOF光催化剂。

进一步地，所述双金属氧化物纳米片为CuFe、CoFe、NiFe氧化物纳米片中的一种。

进一步地，所述双金属氧化物纳米片的制备过程为：取两种金属盐溶于水中，缓慢加入硼氢化钠，得到双金属氧化物纳米片。

进一步地，所述双金属氧化物纳米片与2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲的反应过程为：将两者在DMF溶剂中进行回流反应；将所得产物自然冷却至室温，离心，用DMF和乙醇分别洗涤产物，干燥获得二维多级孔双金属MOF光催化剂。

进一步地，所述金属盐的其中一种为Cu、Co、Ni的硝酸盐或氯化物中任意一种，另一种为Fe(NO₃)₃·9H₂O。

进一步地，所述两种金属盐的摩尔比为3:1～1:3。

进一步地，所述回流反应温度为100～150℃。

所述二维多级孔双金属MOF光催化剂可应用于可见光光催化CO₂转化。