[发明专利]光催化纳米材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种混合带隙卤化物钙钛矿纳米材料，其包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr₃，内核处为FAPbI₃。上述光催化纳米材料，明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光‑化学能”转换效率。该光催化技术在环境污染领域，尤其是CO₂的光催化处理具有很大的应用前景。本发明还公开其制备方法。

技术领域

本发明属于CO₂光催化技术领域，具体涉及一种光催化纳米材料及其制备方法。

背景技术

在全球变暖越来越被广泛关注的同时，CO₂的减排成为一个热点话，因为它关系到人类生活环境的未来和命运，直接光驱动二氧化碳减排高附加值使用高效催化剂的化学原料或燃料就是其中之一令人着迷的技术。在人工光合作用中过程中，一个至关重要的挑战是设计的高效和低成本催化剂和光敏剂。在这种背景下，一系列半导体纳米晶体作为光敏剂一直被人们追求，因为它们的消光系数大，热力学可灵活调节以及粒子调节下的光学特性大小。卤化物钙钛矿作为一种新型的光电功能材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测器和光电催化等诸多领域，都有广泛的研究，取得了显著的研究进展。由于其成本低廉、合成方法简单等诸多优点，钙钛矿在光催化二氧化碳还原领域也具有非常广阔的应用前景。

但是，光催化材料的稳定性和“光-化学能”转换效率成为一个急待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种新的光催化纳米材料。

一种光催化纳米材料，包括金属有机框架材料、以及卤化物钙钛矿纳米粒子；所述卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在所述金属有机框架材料的孔道内；

所述金属有机框架材料为金属过渡离子与有机配体形成的多孔性晶体材料；

所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小；优选的所述钙钛矿纳米粒子的表层为FAPbBr₃，内核处为FAPbI₃。

上述光催化纳米材料，将卤化物钙钛矿纳米粒子内嵌在在所述金属有机框架材料的孔道内，故而明显改善卤化物钙钛矿纳米粒子的水汽稳定性；所述卤化物钙钛矿纳米粒子的带隙从外到内逐渐减小，可以高效吸收利用不同能量的太阳光，具有较高的“光-化学能”转换效率。

在其中一个具体实施方式中，所述卤化物钙钛矿纳米粒子的化学通式为FAPb(I_1-xBr_x)₃，其中，0≤x≤1。

在其中一个具体实施方式中，所述过渡金属离子为锌离子, 所述有机配体为卟啉类有机物或咪唑类有机物。

本发明还提供了一种光催化纳米材料的制备方法。

一种光催化纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

制备金属有机框架材料MOFs；

在所述金属有机框架材料上加载PbI₂，得到第一产物PbI₂@MOFs；

将所述第一产物PbI₂@MOFs；与FAI反应，得到第二产物FAPbI₃@MOFs；

将所述第二产物FAPbI₃@MOFs与FABr进行离子交换处理，得到混合带隙的FAPb(I_1-xBr_x)₃@MOFs钙钛矿纳米材料。