[发明专利]一种金属-有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种金属‑有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂ADA‑M/TiO₂，是通过将MOFs材料ADA‑M与TiO₂按摩尔比0.4％‑40％进行简单的机械研磨混合所得，即可实现ADA‑M向TiO₂的光生电子转移，从而达到可见光下共催化的目标，其中，所述ADA为有机配体9,10‑二丙烯酸蒽，M为金属盐。本发明还公开了上述金属‑有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂ADA‑M/TiO₂高效催化降解多种阳离子和阴离子型染料的应用。本发明的金属‑有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂ADA‑M/TiO₂制备方法简单；所得二元共催化剂在室温、可见光和不额外添加任何氧化剂条件下即可实现对多种阳离子和阴离子型染料的高效催化降解；该二元共催化剂具有很好的稳定性和持久性；绿色环保，环境污染消除成本低。

技术领域

本发明涉及可见光催化剂，具体涉及到一种金属-有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂ADA-M/TiO₂及其制备方法与应用。

背景技术

随着人们对生存环境的要求日益提高，目前亟需经济高效的技术手段来处理工业排放的有机废水，尤其是印刷厂和纺织厂排放的染料废水。太阳能由于具有廉价、清洁、可再生等优点，因此利用太阳能进行光催化降解污染物成为人们关注的焦点，而光催化技术的核心是选用经济高效的光催化剂。

锐钛矿型二氧化钛(TiO₂)作为一种出色的光催化剂，已经在光催化分解水制氢气、污染物氧化降解、杀菌、超清水自清洁等领域有广泛应用，然而，TiO₂的禁带宽度较高(3.2eV)，对太阳光的利用率很低，仅能吸收紫外波段的光能量，无法在可见光下表现出相应的催化活性。金属-有机框架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属离子或金属簇构筑的新型功能材料，虽然通过调控配体可以实现对可见光的强烈吸收，理论上应该具备较高的光催化活性，但其本身却面临光生“电子-空穴”复合率过高的问题，以至于常规状态下大多数MOFs材料很难表现出可见光光催化活性。为了获得高效的可见光催化剂，研究者尝试用MOFs材料负载TiO₂，由于MOFs材料与TiO₂属于不同的两相，界面能较大，电子或能量在两相间自由传递的难度较大。目前的研究多数是通过形成新的化学键的方式来降低两相之间的界面能，建立电子或能量传递的通道，虽然取得了一定进展，但是目前报道的方法均过于复杂和苛刻，每种报道的方法仅适用于选定的MOFs材料，而且步骤较为繁琐，同时所得到的复合催化剂在稳定性和催化活性方面也存在一定的问题，实用性不强。目前还没有通过调控MOFs材料使之与TiO₂能级匹配从而有效降低两相之间的界面能，以简单机械混合的方式建立MOFs材料与TiO₂高效可见光共催化体系的报道。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属-有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂ADA-M/TiO₂及其制备方法与应用。

技术方案：本发明所述的一种金属-有机框架材料光敏化二氧化钛共催化剂ADA-M/TiO₂，是通过将MOFs材料ADA-M与TiO₂进行机械研磨混合所得，其中，所述ADA为有机配体9,10-二丙烯酸蒽，M为金属盐。

其中，ADA-M的合成方法参照专利号为2015102168478和2015102154009的两件专利。具体是：将ADA与金属盐M按照质量比1:4-1:20溶于体积比为DMF:H₂O＝1:1-10:1的混合溶剂中，然后密封在玻璃菌种瓶中加热3-5天，加热温度为65℃-95℃，即得到目标产物ADA-M，为黄色针状晶体。

优选的，所述M为含有Zn离子、Cd离子或者Mn离子的金属盐。

进一步优选的，所述M为含有Zn离子、Cd离子或者Mn离子的硝酸盐、氯化盐或高氯酸盐。