[发明专利]一种碳量子点/金属有机骨架催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明属于新能源领域，具体涉及一种碳量子点与金属有机骨架材料的复合方法，并将该方法制备的催化剂应用于光催化CO₂还原制备CO。为解决当前单一金属有机骨架光催化还原CO₂活性低的问题，我们通过静电作用将氨基化金属有机骨架材料和带羧酸的碳量子点结合，得到的催化剂用于高效光催化还原CO₂制备CO。本发明中的催化剂可以同时具有金属有机骨架和碳量子点的优点，两者协同作用，具有非常高的光催化反应活性。本发明中的催化剂的组成部分容易调节，可任意选择带有氨基的金属有机骨架材料和带有羧酸根的碳量子点。本发明合成工艺流程简单，可操作性强，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源领域，具体涉及一种碳量子点与金属有机骨架材料的复合方法，并将该方法制备的催化剂应用于光催化CO₂还原制备CO。

背景技术

近年来，大量化石燃料的燃烧排放了大量的CO₂，而这些CO₂就是温室气体，使得全球气温升高，生态失衡。如何将CO₂捕获利用，进而转化为清洁新能源是科学家们一直思考的问题。

金属有机骨架材料，作为一种新兴的具高孔隙率、高比表面积、结构和功能可调的多孔材料，在气体吸附方面已经有了一些应用。碳量子点能够吸收从紫外到近红外的光，还具有良好的发光和电子传导能力。

为解决当前单一金属有机骨架光催化还原CO₂活性低的问题，我们通过静电作用将氨基化金属有机骨架材料和带羧酸的碳量子点结合，用于高效光催化还原CO₂。

发明内容

本发明就是为了克服单一金属有机骨架材料催化活性低，而提供了一种快速制备碳量子点/金属有机骨架复合材料的方法。该方法制备的复合材料可以高效光催化还原CO₂。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

先合成带氨基的金属有机骨架材料。带氨基的金属有机骨架材料，优选NH₂-MIL-88(Fe),NH₂-MIL-101(Fe),NH₂-UiO-66,进一步优选NH₂-MIL-88(Fe)。再合成碳量子点。碳量子点可以通过“自下而上”的方法，或通过“自上而下”的方法得到，优选地，通过“自上而下”的方法将石墨棒在纯水中电解，得到碳量子点。最后将两种材料在水中混合，通过静电作用，得碳量子点/NH₂-MIL-88(Fe)催化剂。

具体步骤如下：

(1)碳量子点的制备：在烧杯中加入去离子水，将两个石墨电极放入上述烧杯中，并通15～90V直流电，电解1～30天后，清澈无色的水变成棕黑色的水溶液。将该黑色水溶液用滤纸过滤后，以10000转每分钟以上的速度离心5分钟到2小时，并取上清液。将上清液经旋蒸干燥，得需要的碳量子点。

(2)碳量子点的水溶液制备：

取碳量子点加入水中，得到0.5mg/mL的溶液。

(3)催化剂NH₂-MIL-88(Fe)的制备：

将0.32g表面活性剂F127溶解到26.7mL的去离子水中，并将3.3mL的0.4M氯化铁水溶液加入上述溶液中，搅拌1.5小时。随后加入0.6mL乙酸，并再次搅拌1.5小时。将120mg的2-NH₂-BDC加入上述溶液中，搅拌2小时。将上述混合溶液加入高压反应釜中，放入烘箱，110摄氏度保温24小时，将得到的产物用乙醇洗涤6遍，得NH₂-MIL-88(Fe)。